CN104282971A - 一种e面超导膜片毫米波波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明的E面超导膜片毫米波波导滤波器，包括矩形波导和其中央E面上固定的两个或两个以上的超导膜片，超导膜片与矩形波导耦合形成谐振腔。其中矩形波导由两个内壁生长有超导膜的匚字形波导腔相向对接组成。匚型波导的连接面为矩形波导的中央E面。中间的膜片优选采用外表面生长有超导膜的金属膜片。同时引入直径为0.2mm的pin对位孔。通过对位孔实现滤波器的精准装配。解决了现有的波导滤波器毫米波波段插损大、带外抑制度不够的问题。并且，由于减小了滤波器的插入损耗，进而可以设计出更多级的滤波器，提高滤波器的带外抑制，最终使毫米波滤波器的性能大大提高。

Description

一种E面超导膜片毫米波波导滤波器

技术领域

本发明属于毫米波波导滤波技术领域，涉及毫米波波导滤波器，特别涉及一种E面为超导膜片的毫米波波导滤波器。

背景技术

毫米波在雷达通信、卫星通信和导航等领域中有着越来越广泛的应用，而滤波器作为毫米波接收机的重要部件，也扮演着举足轻重的角色，其滤波性能是影响接收机性能的重要因素之一。现有的毫米波滤波器主要有波导滤波器和平面电路滤波器两种。然而，由于毫米波具有频段高(波长短)等特点，其传播在普通的基片上引起的损耗较大，因此平面电路滤波器几乎不予采用。

目前，毫米波波段滤波器研究的较多的是波导滤波器。波导滤波器主要分为直接耦合腔滤波器、E面膜片波导滤波器和梳状波导滤波器。其中，直接耦合腔滤波器采用的是电感膜片进行耦合，其带外抑制度差；E面膜片滤波器又分为单膜片滤波器和双膜片滤波器，该种滤波器的优点是在一定程度上提高了滤波器的带外抑制度。但是，现有技术中不管是直接耦合腔滤波器还是采用电感膜片进行耦合的E面膜片滤波器都无法很好得满足工程中对高性能毫米波接收机的需求。因此，仍须提高滤波器的性能，即降低插入损耗、增加带外抑制和并获得好的矩形系数。随着超导材料技术/工艺的成熟，超导膜在毫米波波段的表面电阻比一般金属铜的表面电阻至少低一个数量级等优势越发被重视。但是截至目前，尚未发现有将超导膜片应用于毫米波滤波以提高现有滤波器滤波性能的技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的毫米波滤波器因插入损耗、带外抑制及矩形系数等参数无法满足工程中对高性能毫米波接收机的需求，提出了一种E面超导膜片毫米波波导滤波器。

本发明的技术方案为：一种E面超导膜片毫米波波导滤波器，包括矩形波导，其特征在于，矩形波导中央E面上固定有两个或两个以上的超导膜片，超导膜片与矩形波导耦合形成谐振腔；相邻超导膜片不等间隔分布，相邻超导膜片在沿矩形波导长度方向上共面。

进一步的，矩形波导由两个截面为匚型的波导相对固定组成，匚型波导的连接面为所构成的矩形波导用于固定超导膜片的中央E面。

进一步的，用于匚型波导固定的结构为匚型波导相对的边缘在平行于连接面的方向向外延伸形成的凸起以及凸起上的螺栓孔。

进一步的，超导膜片被夹持固定于矩形波导的中央E面。

进一步的，两个或两个以上的超导膜片通过固定板固定连接，固定板用于与矩形波导连接。

进一步的，固定板及匚型波导的连接面上设置有相互对应的对位标记。

进一步的，所述对位标记为分别设置于固定板和匚型波导的凸起上的对位通孔，所述对位通孔同时用作使匚型波导固定组成矩形波导的螺栓孔。

进一步的，所述矩形波导的内壁生长有超导膜。

本发明的有益效果：本发明的E面超导膜片毫米波波导滤波器不仅解决了现有的波导滤波器毫米波波段插损大、带外抑制度不够的问题，同时提出的新颖的矩形波导结构易于装配，增设的对位标记确保了仿真值和实际测试值得一致性。与传统的金属形成的波导腔体相比，本发明的腔体内壁生长有超导膜，同时将E面膜片采用超导膜片，减小了滤波器的插入损耗，进而可以设计出更多级的滤波器，提高滤波器的带外抑制，最终使毫米波滤波器的性能大大提高。

附图说明

图1为本发明的E面超导膜片毫米波波导滤波器的一种具体结构；

图2为图1所示毫米波波导滤波器的爆炸结构图示。

具体实施方式

本发明的实施例是根据本发明的原理而设计，下面结合附图和具体的实施例对本发明的原理作进一步的阐述。

如图1及图2所示，本实施例的E面超导膜片毫米波波导滤波器，包括矩形波导1，矩形波导中央E面上固定有两个或两个以上的超导膜片3；相邻超导膜片不等间隔分布，相邻超导膜片在沿矩形波导长度方向上共面。调整谐振腔的个数和谐振腔间的耦合系数以获得不同的设计指标，所述设计指标是指滤波器的工作带宽、纹波系数、插入损耗以及带外抑制等参数。其中谐振腔的个数和谐振腔间的耦合系数通过改变超导膜片的尺寸、数量以及矩形波导的尺寸可以得到。

由于超导膜片在矩形波导中的位置非常重要，直接影响到滤波器的性能及与设计参数的一致性。为了便于超导膜片的安装，使其方便地固定到矩形波导的正确位置上，本实施例的矩形波导由两个截面为匚型的波导11(12)相对固定组成，匚型波导的连接面为所构成的矩形波导用于固定超导膜片的中央E面。即，超导膜片应固定安装于匚型波导的连接面上。

矩形波导采用两个匚型波导拼接的方式是为了方便准确安装超导膜片，进而确保产品与软件建模设计的滤波器性能参数保持一致。而使匚型波导固定组成矩形波导可以采用各种可行的固定方式，本实施例也例举了一种较为实用的固定方式：具体结构为匚型波导相对的边缘在平行于连接面的方向向外延伸形成的凸起21(22)以及凸起上的螺栓孔。通过螺栓即可实现两个匚型波导的可靠固定。并且采用螺栓固定也有一定好处：螺栓为可拆卸结构，可以通过重复安装和测试使超导膜片安装于最佳位置。

超导膜片与矩形波导的固定以满足相对位置为标准，原则上可以采用任意固定方式。作为本发明的优选方式，所述超导膜片采用被夹持固定的方式固定于矩形波导的中央E面。其优点在于，无需额外工艺或材料，并且固定位置可根据测试结果重复调整。

虽然在本发明的实施例中超导膜片的位置都可以根据测试结果调整，但是毕竟测试调整难度较大，特别对于超导膜片数量较多的情况，由于影响结果的因素较多，所以调整更是无从下手。为了使多个超导膜片快速固定到设计的位置上，本实施例将两个或两个以上的超导膜片31通过固定板32固定连接，固定板用于与矩形波导连接。固定板的主要作用之一是使多个超导膜片的相对位置准确固定。为了使被固定板固定的多个超导膜片快速准确安装于矩形波导上，本发明采用了如下优选实施方式：在固定板及匚型波导的连接面上设置有相互对应的对位标记。对位标记的作用在于使超导膜片整体与矩形波导快速准确对位，可以采用诸如刻度、卡扣等各种方式。

本发明对所述对位标记提出了如下优选方式，所述对位标记为分别设置于固定板和匚型波导的凸起上的对位通孔4(41，42，43)，所述对位通孔同时用作使匚型波导固定组成矩形波导的螺栓孔。该结构简单，实现工艺简单，利于产品标准化生产。不过，上述对位标记方式仍存在安装误差，误差来源主要在于螺栓与螺栓通孔的预留间隙。为了克服这种问题，本实施例进一步提出了改进方案，改进方案为：增加固定套筒，固定套筒的外径与上述对位通孔内径相同，固定套筒的内径螺栓外径相应，固定套筒的长度不超过对应的螺栓孔的深度之和，所述固定套筒插入准确对位的对位通孔内并连接两个匚型波导实现对位固定。

为了进一步降低器件的插入损耗，提高器件性能，本实施例在所述矩形波导的内壁生长超导膜(超导厚膜)或者采用内壁生长有超导膜的矩形波导。由于超导厚膜生长工艺并非本发明的创新点，同时属于现有技术范畴，故在此不做详述。

以下为本发明的一优选实施方式：包括内壁上生长有超导膜的矩形波导，和在矩形波导腔的中央E面插入的生长有超导膜的膜片。其中矩形波导由两个内壁生长有超导膜的匚字形波导腔相向对接组成。E面插入的生长有超导膜的金属膜片由匚字形波导腔相向挤压，并通过螺孔固定。膜片和矩形波导共同作用形成一个个谐振腔，设计的谐振腔的个数和谐振腔间的耦合系数由滤波器的设计指标(如工作带宽，纹波系数，插入损耗，带外抑制等)得到。谐振腔腔的尺寸由设计的滤波器的中心频率决定。

中间的膜片优选采用外表面生长有超导膜的金属膜片(力学性能更佳)。谐振腔间通过膜片耦合，其中膜片的宽度决定了各个谐振腔间的耦合系数的大小，通过调节模片的宽度即可调节出所需耦合系数。由于在实际应用中膜片的厚度通常很小，为了方便装配，同时为了满足加工精度的需求，本发明将滤波器中所使用的膜片一体化，即在同一个生长有超导膜的金属膜片上切割出所需要的膜片形状(连接个膜片的公共部分作为连接板)。因为膜片相对于矩形波导的位置直接会影响到谐振腔的谐振频率和耦合系数最终影响滤波器的性能，基于此，本发明专利引入了一个pin对位孔(对位通孔)，对位孔的直径为0.2mm。通过对位孔，实现滤波器的精准装配。

上述实施例将原腔体、膜片一体化滤波器，改变为左腔体，膜片，右腔体三部分构成的滤波器，方便安装，同时也大大减低了加工难度，降低了加工成本，提高了加工精度，使仿真值和测试值最大程度的保持一致。该种结构的滤波器具有插入损耗小、带外抑制度高、矩形系数好等特点。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种E面超导膜片毫米波波导滤波器，包括矩形波导，其特征在于，矩形波导中央E面上固定有两个或两个以上的超导膜片，超导膜片与矩形波导耦合形成谐振腔；相邻超导膜片不等间隔分布，相邻超导膜片在沿矩形波导长度方向上共面。

2.根据权利要求1所述的E面超导膜片毫米波波导滤波器，其特征在于，矩形波导由两个截面为匚型的波导相对固定组成，匚型波导的连接面为所构成的矩形波导用于固定超导膜片的中央E面。

3.根据权利要求2所述的E面超导膜片毫米波波导滤波器，其特征在于，用于匚型波导固定的结构为匚型波导相对的边缘在平行于连接面的方向向外延伸形成的凸起以及凸起上的螺栓孔。

4.根据权利要求2或3所述的E面超导膜片毫米波波导滤波器，其特征在于，超导膜片被夹持固定于矩形波导的中央E面。

5.根据权利要求1-3之任一项权利要求所述的E面超导膜片毫米波波导滤波器，其特征在于，两个或两个以上的超导膜片通过固定板固定连接，固定板用于与矩形波导连接。

6.根据权利要求5所述的E面超导膜片毫米波波导滤波器，其特征在于，固定板及匚型波导的连接面上设置有相互对应的对位标记。

7.根据权利要求6所述的E面超导膜片毫米波波导滤波器，其特征在于，所述对位标记为分别设置于固定板和匚型波导的凸起上的对位通孔，所述对位通孔同时用作使匚型波导固定组成矩形波导的螺栓孔。

8.根据权利要求1-7之任一项权利要求所述的E面超导膜片毫米波波导滤波器，其特征在于，所述矩形波导的内壁生长有超导膜。