CN103594767A

CN103594767A - 一种集成化腔体滤波器

Info

Publication number: CN103594767A
Application number: CN201310593264.8A
Authority: CN
Inventors: 汤艳燕; 李佩; 张德智; 王志勇
Original assignee: CETC 38 Research Institute
Current assignee: CETC 38 Research Institute
Priority date: 2013-11-23
Filing date: 2013-11-23
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-11-23
Also published as: CN103594767B

Abstract

本发明涉及一种集成化腔体滤波器。该滤波器包括扁盒状的金属主腔体，其内排列设有同轴谐振器；同轴谐振器的开路端的盲孔内分别设有管状的介质环；调谐螺栓通过金属主腔体上的螺纹孔伸入同轴谐振器开路端的介质圆环内；金属主腔体的底部分别设有输入电缆和输出电缆。本发明使用方便，加装在主雷达系统中不需要改变原来的电讯接口形式；滤波器中的同轴谐振器尺寸远小于

Figure 2013105932648100004DEST_PATH_IMAGE002

/4；另一方面本发明滤波器的耐功率能力比常规滤波器提高7至8倍；本发明实现了4倍频程以上的抑制带宽，能很好地抑制杂散和解决雷达系统的电磁干扰问题。

Description

一种集成化腔体滤波器

技术领域

本发明属于雷达、微波通信、卫星通信系统等技术领域，具体涉及一种电容加载，且与SMA和SBMA（SMA盲配座）低驻波、低损耗、高稳相电缆组件高度集成的微波腔体滤波器。

背景技术

在某雷达系统中，由于主雷达天线与辅雷达天线（频带不同）进行了一体化设计，使得相互间的互耦过强，雷达辅天线对主天线造成很强的电磁干扰。为满足雷达系统的使用要求，需要在主天线上加装一款体积小、装配接口特殊、损耗小、对辅雷达频点抑制度高，且宽阻带的集成化滤波器。现有技术中经常采用混合型（低通、带通、高通）、板线交指、梳状加载线等类型的滤波器；混合型的滤波器由于结构较复杂，设计难度大，成本高，用于机载系统，可靠性不高；板线梳状或交指加载线型的滤波器，易实现线切割，但功率容量上远不如圆形加载类型的滤波器。

发明内容

为了既要满足机载雷达系统可靠性要求，又要满足大功率容量要求，最终达到解决雷达辅天线基波信号对雷达主天线中的数字阵列模块的干扰问题，且要抑制主天线中数字阵列模块输出的二次谐波及四次谐波问题，接入主雷达系统后不影响整机的性能指标，本发明提供一种集成化腔体滤波器。

具体的技术解决方案如下：

一种集成化腔体滤波器为集成化的腔体滤波器；包括扁盒状的金属主腔体1，金属主腔体1内排列设有同轴谐振器3；同轴谐振器3的短路端分别固定连接着金属主腔体1的一侧内壁，同轴谐振器3的开路端开设有盲孔，每个盲孔内分别设有管状的介质环5；与同轴谐振器3开路端对应的金属主腔体1另一侧内壁上开设有螺纹孔，调谐螺栓6通过金属主腔体1上的螺纹孔伸入同轴谐振器3开路端的介质环5内，使同轴谐振器3的开路端固定；金属主腔体1的底部分别设有输入电缆4a和输出电缆4b，所述输入电缆（4a）为具有盲配座的SMA电缆，所述输出电缆（4b）为SMA电缆。其中SBMA（SMA盲配座）输入电缆4a的内导体9和SMA输出电缆4b的内导体9分别伸入金属主腔体1内，且分别连接着腔内首尾两侧的两个同轴谐振器3的金属本体，SBMA（SMA盲配座）输入电缆4a的外导体10和SMA输出电缆4b的外导体10分别连接着金属主腔体1的底部。

所述同轴谐振器3为多节阻抗变换谐振器，所述介质环5的外端伸至同轴谐振器3开路端的外部，介质环5的外端上套设有方形金属块2，方形金属块2与金属主腔体1的另一侧内壁接触；实现多节阻抗变换；所述同轴谐振器3为圆杆或方杆。

所述介质环5的材料介电常数为2.2的聚四氟乙烯材料。

所述金属主腔体1的长度、宽度和高度分别为40mm、17mm和9mm。

金属主腔体1的底部分别设有两个带螺纹孔的凸台，SBMA（SMA盲配座）输入电缆4a的外导体和SMA输出电缆4b的外导体分别对应焊接在金属主腔体1底部的两个带螺纹孔的凸台里，且采用螺套形式紧固，外加热缩套管进行防水。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明的集成化腔体滤波器使用方便，加装在主雷达系统中不需要改变原来的电讯接口形式，实现了雷达天馈系统与收发系统的有机集成；

2.本发明滤波器中的同轴谐振器3采用阻抗变换形式，端面加方形金属块2，形成多节阻抗变换谐振器，通过选择较合适的阻抗比，可在极大范围内缩短谐振器的长度。常规的谐振器要满足谐振频率要求一般选择

Figure 2013105932648100002DEST_PATH_IMAGE001

、

/2、

/4，本发明中谐振器尺寸远小于/4；

3. 本发明为了方便谐振器电容加载和减轻滤波器整体重量，在同轴谐振器3的开路端设管状的介质环5，使谐振频率变低，谐振器的长度进一步缩短，一方面减小了滤波器体积和减轻滤波器重量，另一方面大大提高滤波器的耐功率能力，是常规滤波器耐功率的7至8倍，本发明耐功率能力常温常压下可达1200W；

4.开路终端同步采用电容加载技术，使滤波器谐振器尺寸远小于

/9；

5.由图1所示的采用四阶谐振器组成的微波滤波器结构，很好地实现了雷达系统要求的低损耗（0.3dB）、大功率(1200W常温常压下)、宽阻带（4次以上谐波）、高抑制（60db以上）等指标。还可根据技术指标的需要用于更高阶或低阶其它各频段的滤波器中；

6.采用多节阻抗变换的同轴谐振器使滤波器的带外抑制比同类型同尺寸的滤波器抑制度好，很好地抑制杂散，本发明实现了4倍频程以上的抑制带宽，采用铝材料制作，重量轻，约15克，体积小至常规尺寸的1/3；在S波段，金属主腔体1的长、宽、高分别为40mm×17mm×9mm，结构简单，且制作方便，一致性和可靠性较高，工程实用性强；

7. 本发明由于采用了多次电容加载技术，使谐振器尺寸减小，从而很好地减小了滤波器体积，但其通带带宽受耦合度限制，其结构形式适用于通带带宽不宽的场合；但如采用直接圆柱或方柱谐振器的形式，在相同的长度情况下可增加带宽，或采用合适的耦合机制，如增加过渡连径可以用于宽带滤波器中，谐振器形式选择可根据滤波器带宽的实际需要做决定。此类型谐振器最大的优点是谐振器中心导体内部没有电磁场，因此这部分空间对增加Q值没有任何意义，从而可在不影响损耗指标情况下起到减重的作用。

附图说明

图1为本发明集成化滤波器的结构示意图。

图2为本发明剖视图。

图3为单个同轴谐振器的剖面图。

图4为集成化滤波器的幅频特性。

上图中序号：金属主腔体1、方形金属块2、同轴谐振器3、输入电缆4a、输出电缆4b、介质环5、调谐螺栓6、固定孔8、内导体9、外导体10。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

参见图1和图2，集成化腔体滤波器为四阶集成化的腔体滤波器；包括扁盒状的金属主腔体1，金属主腔体1的外周均布有固定孔8，金属主腔体1内排列设有同轴谐振器3；同轴谐振器3为多节阻抗变换谐振器；同轴谐振器3的短路端分别固定连接着金属主腔体1的一侧内壁，同轴谐振器3的开路端开设有盲孔，每个盲孔内分别装有管状的介质环5，见图3。与同轴谐振器3开路端对应的金属主腔体1另一侧内壁上均布开设有螺纹孔，调谐螺栓6通过金属主腔体1上的螺纹孔伸入同轴谐振器3开路端的介质圆环5内，使同轴谐振器3的开路端固定；金属主腔体1的底部分别设有SBMA（SMA盲配座）输入电缆4a和SMA输出电缆4b，其中SBMA（SMA盲配座）输入电缆4a的内导体9和SMA输出电缆4b的内导体9分别伸入金属主腔体1内，连接着腔内首尾两个同轴谐振器3的金属本体，SBMA（SMA盲配座）输入电缆4a的外导体10和SMA输出电缆4b的外导体10分别连接着金属主腔体1的底部。

本发明主要用在某相控阵雷达接收系统中，在保证微波滤波器的电性能的基础上，采用了多节阻抗变换的同轴谐振器3，在同轴谐振器的开路端增加方形金属块2和介质环5，开路终端加可调谐的加载电容，使谐振器在所需要的频率上谐振，谐振器的物理长度比同类谐振器的长度小1/3左右。微波滤波器的设计尺寸，关键尺寸谐振器的耦合尺寸，由所需要滤波器的带宽决定，本实施例中滤波器要求的带宽为9.2%，通过分析滤波器的设计指标，由切比雪夫低通原型滤波器当n=4时，能满足系统提出的指标要求，通过采用甘本祓、吴万春编写的《现代微波滤滤器的结构设计》一书的宽带滤波器的设计方法及工程设计优化得出滤波器的各项尺寸，利用低通元件值可以得到有载品质因数，再通过的群时延提取出所需的有载品质因数，设计了输入输出高度与有载品质因数的关系曲线，选择合适的输入输出尺寸，同轴谐振器3的长度小于

Figure 2013105932648100002DEST_PATH_IMAGE004

/9；方形金属块2可以使谐振器尺寸进一步减小，从而增加抑制；介质环5主要用于保护调谐螺栓6，使谐振器在加载时不易由于体积小而造成短路现象，还可以减少调谐螺栓6的加载深度，从而达到提高功率容量的目的。本发明很好地解决了辅天线基波信号对主天线中的数字阵列模块的干扰问题，同时有效地解决了主天线中数字阵列模块输出的二次谐波及四次谐波问题，且接入系统后有良好匹配特性，对天线性能和雷达整机性能影响极小。图4给出了设计出的滤波器的幅频特性曲线，还可通过改变调谐螺栓6的加载深度和谐振器的长度用应在其它的频段，通用性、实用性较强。此种结构形式的滤波器谐振器形式可在更高阶数的滤滤器中加以应用。

实施例2：

可将图1中结构同轴谐振器3直接采用UIR形式用四阶设计，同轴谐振器3可以是圆杆也可以是方杆，圆杆比方杆的耐功率能力强，但两种形式均能满足本系统的功率要求。直接用UIR形式会使谐振器谐振频率往高端移，这时就要调节调谐螺栓6的深度，使其通带特性满足指标要求，设计方法与实施例一类似。两设计实例均可达到高可靠性的滤波组件设计目的，满足雷达系统提出的苛刻指标要求。

本发明集成化滤波组件均采用Q值较高的同轴腔体滤波器与系统中带盲配接头的电缆进行一体化设计，在系统要求的体积和尺寸下进行优化设计，实现了小体积、小损耗、同时具有很好的通带特性和阻带特性，能广泛应用于各频段带快速盲插结构的雷达系统、现代移动通信系统、3G手机通信系统中。微波滤波器是微波通信或雷达系统中的关键元件，具有很好的经济价值和实用价值。

Claims

1.一种集成化腔体滤波器，其特征在于：所述腔体滤波器为集成化的腔体滤波器；包括扁盒状的金属主腔体（1），金属主腔体（1）内排列设有同轴谐振器（3）；同轴谐振器（3）的短路端分别固定连接着金属主腔体（1）的一侧内壁，同轴谐振器（3）的开路端开设有盲孔，每个盲孔内分别设有管状的介质环（5）；与同轴谐振器（3）开路端对应的金属主腔体（1）另一侧内壁上开设有螺纹孔，调谐螺栓（6）通过金属主腔体（1）上的螺纹孔伸入同轴谐振器（3）开路端的介质环（5）内，使同轴谐振器（3）的开路端固定；金属主腔体（1）的底部分别设有输入电缆（4a）和输出电缆（4b），其中输入电缆（4a）的内导体和输出电缆（4b）的内导体分别伸入金属主腔体（1）内，且分别连接着腔内首尾两侧的两个同轴谐振器（3）的金属本体，输入电缆（4a）的外导体和输出电缆（4b）的外导体分别连接着金属主腔体（1）的底部；所述输入电缆（4a）为具有盲配座的SMA电缆，所述输出电缆（4b）为SMA电缆。

2.根据权利要求1所述的一种集成化腔体滤波器，其特征在于：所述同轴谐振器（3）为多节阻抗变换谐振器，所述介质环（5）的外端伸至同轴谐振器（3）开路端的外部，介质环（5）的外端上套设有方形金属块（2），方形金属块（2）与金属主腔体（1）的另一侧内壁接触；实现多节阻抗变换。

3.根据权利要求2所述的一种集成化腔体滤波器，其特征在于：所述同轴谐振器（3）为圆杆或方杆。

4.根据权利要求1所述的一种集成化腔体滤波器，其特征在于：所述介质环（5）的材料介电常数为2.2的聚四氟乙烯材料。

5.根据权利要求1所述的一种集成化腔体滤波器，其特征在于：所述金属主腔体（1）的长度、宽度和高度分别为40mm、17mm和9mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种集成化腔体滤波器，其特征在于：金属主腔体（1）的底部分别设有两个带螺纹孔的凸台，输入电缆（4a）的外导体和输出电缆（4b）的外导体分别对应焊接在金属主腔体（1）底部的两个带螺纹孔的凸台里。