CN103378388A - 同轴宽带滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种同轴宽带滤波器，实施于长方形金属腔体内，其中包含安装于腔体左右两侧金属壁上的输入和输出射频接头；安装于下侧金属壁上的若干个终端开路的四分之一波长同轴谐振器；任意相邻的两个同轴谐振器间的耦合短杆；连接射频接头内导体和输入输出端谐振器的粗杆抽头；设置于每个同轴谐振器开路端上方的调谐螺丝；腔体盖板。由于采用短杆耦合，相邻谐振器之间的耦合强度大为提高，可以实现较宽通带；由于不相邻谐振器之间存在交叉耦合，所以滤波器具有不对称的频率响应，在通带高端之外的抑制度较高。
Description
技术领域
本发明属于微波通讯设备技术领域，特别涉及微波同轴腔体宽带滤波器的设计。
背景技术
微波滤波器的设计是民用和军用通信系统设计的关键问题之一，利用滤波器可将不同频率范围的信号分离开来，降低相互干扰。一般认为分数带宽达到20％以上的带通滤波器为宽带滤波器。常用的微波带通滤波器方案，如梳状线带通滤波器方案和平行耦合带通滤波器方案在实现宽带滤波器时遇到困难，主要问题是难于实现较强的谐振器间耦合和输入输出端耦合。交指型滤波器可以实现较宽带宽，但谐振器间距离往往很小，加工和装配精度要求高。短截线滤波器方案也能实现较宽带宽，但是电路尺寸较大。高通+低通方案实现的带通滤波器的带外抑制较低。如何实现较宽的通带和较高抑制，并降低对器件加工和装配精度的要求，这是当前滤波器设计的一个重要挑战。
发明内容
发明目的：本发明的目的是，通过增强同轴梳状线滤波器中谐振器(谐振杆)间的耦合和输入输出端的耦合，实现较宽的通带带宽；并且通过不相邻谐振器间的交叉耦合实现不对称的频响特性，增强滤波器高端的带外抑制陡峭度。
技术方案：
所述同轴腔宽带滤波器实现于长方形金属腔体内，其中包含安装于腔体左右两侧金属壁上的输入和输出射频接头；安装于下侧金属壁上的若干个终端开路的四分之一波长同轴谐振器；任意相邻的两个同轴谐振器间的耦合短杆；连接射频接头内导体和输入输出端谐振器的粗杆抽头；设置于每个同轴谐振器开路端上方的调谐螺丝；腔体盖板。
此滤波器中采用一般的电容加载同轴谐振器。与传统梳状线滤波器和交指滤波器方案不同，本发明在相邻谐振器间的耦合通过短杆连接实现，其耦合系数较大，且耦合系数大小基本由短杆的高度决定，受谐振器间间距的影响较小。这种耦合方式适用于宽带滤波器的设计，且谐振器间的间距不需要很小，间距尺寸的精度要求不高，对加工和装配的要求随之降低，适合于大批量生产。
宽带滤波器设计也需要输入输出端具有较强的耦合，因此采用粗杆耦合方式，利用粗杆抽头将输入端和输出端谐振器和射频连接器的内导体连接起来。
由于不相邻的谐振器之间通过中间谐振器实现了较强的交叉耦合，因此该滤波器具有不对称的频响特性，高端抑制较高。
在具体宽带滤波器设计中，使用的谐振杆器、谐振器间的连接短杆、输入输出端谐振器与射频接头之间的粗杆抽头可以是金属的圆杆、方杆或矩形杆。而且谐振杆的上部可以开一定深度的圆孔，留给调谐螺丝较大的调节长度。
附图说明
图1是本发明所述宽带滤波器开盖后正面结构示意图。
图2是本发明所述宽带滤波器的电磁仿真幅度-频率响应曲线。
图3是本发明所述宽带滤波器的电磁仿真时延响应曲线。
具体实施方式
参阅图1。本发明所述宽带滤波器，实施于矩形腔体1内。输入端和输出端射频接头2通过螺钉12安装于腔体1左右两个金属壁上。谐振杆5、6、7、8通过腔体底部螺钉12依次序等间距安装于腔体1的下侧金属壁上，并与腔体顶部之间有一定间距。腔体上侧金属壁上 正对着每个谐振杆都安装调谐螺丝14，通过螺母13实现锁定。从左到右相邻的圆杆形谐振杆之间分别用短金属杆9、10、11连接。输入端谐振杆5和输出端谐振杆8上分别装有粗杆抽头4，并与射频接头的内导体3相连。
以上相连部位通过锡焊实现可靠电气连接。
图1所示为腔体正面示意图，内腔的左右宽度为50mm；上下高度为43mm；由盖板面到腔底的深度为20mm；内腔四个角处皆倒圆角R4；谐振杆5、6、7、8为实心圆杆，直径为6.66mm，平行安装于腔体下侧金属壁上一半深度的位置；最左侧的谐振杆5的轴心与腔体左侧金属内壁的间距为10mm；最右侧的谐振杆8的轴心距腔体右侧金属内壁的间距为10mm。相邻谐振杆轴心间距为10mm，谐振杆5、8的高度皆为40.5mm；谐振杆6、7的高度皆为40mm；相邻谐振杆之间的连接杆9、10、11的直径为3mm；其轴心线距离腔体下侧金属内壁的高度分别为14.3mm、13.1mm、14.3mm；输入输出端粗杆抽头4的直径为4mm；粗杆抽头4的轴心距腔体下侧内壁的高度皆为21.5mm；粗杆抽头的端面与腔体左右侧内壁的间距皆为2mm，此亦为射频连接器内导体3深入到腔体内的长度，内导体3的直径为1.3mm。
图2给出了互抽头耦合同轴宽带滤波器的电磁场仿真(HFSS)结果。设计通带为1.85-2.52GHz，相对带宽为30％。通带内传输响应S21曲线比较平坦，回波损耗S11在18dB以上。带外抑制不对称，高频阻带抑制很陡峭，在2.6GHz处，抑制达到40dB以上，而低频阻带的抑制相对较小。
高频阻带范围内，随频率的升高，抑制度降低。这是因为在较高频率处，波导模式作为凋落场的形式存在，如果滤波器不够长，则有部分信号能量在输入端由TEM转换为波导凋落模式，未经足够的衰减又在另一端口转换为TEM模式传输出去。这种借助于波导凋落模式的信号传输降低了滤波器的高频带外抑制。可以通过滤波器节数和长度的增加来降低这种影响。图3为时延响应曲线。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明的实施范围，即凡依本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化或修饰，皆应仍属于本发明专利覆盖的范围。
Claims (5)
1.一种应用于微波射频电路或系统的同轴腔宽带滤波器，其特征在于，所述滤波器实现于金属腔体内，其中包含安装于腔体左右两侧金属壁上的输入和输出射频接头；安装于下侧金属壁上的若干个终端开路的四分之一波长同轴谐振杆；任意相邻的两个同轴谐振杆间的耦合短杆；连接射频接头内导体和输入输出端谐振杆的粗杆抽头；设置于每个同轴谐振杆开路端上方的调谐螺丝；腔体盖板。
2.如权利要求1所述的同轴腔宽带滤波器，其特征在于，相邻两个同轴谐振杆之间利用金属短杆直接相连。
3.如权利要求1所述的同轴腔宽带滤波器，其特征在于，输入端和输出端谐振杆分别通过粗杆抽头与射频接头内导体相接。
4.如权利要求1所述的同轴腔宽带滤波器，其特征在于，同轴谐振杆可以是圆杆，也可以是方杆、矩形杆。
5.如权利要求1所述的同轴腔宽带滤波器，其特征在于，用作输入和输出端耦合的粗杆抽头和用于谐振杆之间耦合的金属短杆可以是圆杆、方杆、矩形杆。
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