CN104577264B - 波导插片滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一款波导插片滤波器，包括波导管1，至少2片金属板2,2个输入输出结构3；波导管上在与该波导管轴线垂直的方向开有细缝，所述金属板2从外面插入到细缝中并与波导管1连接在一起。解决超窄带波导滤波器的制造中遇到的插损太高和频率和带宽受环境温度影响的问题。相比之下，本发明的所有部分原则上都可以采用管材或板材通过相对容易得多的线切割加工方法完成，可以大大降低器件的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤波器，具体地说，是涉及一种相对带宽小于1%的超窄带带通滤波器。
背景技术
微波滤波器是许多现代微波、毫米波系统中一个极其重要的部分，其性能的优劣往往会直接影响整个系统的性能。由于无线电通信频率资源的日益紧张，各类通信系统的工作频率将向更高频率的微波甚至毫米波发展。为了更好地利用频谱资源，各种通信频点要求比较窄。这就催生了超窄带滤波器技术。微波滤波器的相对带宽小于1%时将遇到两个问题。一是滤波器通带插损急剧升高，二是由于环境温度变化导致的频率漂移使滤波器失去作用。微波界解决问题的办法是采用双模谐振腔提高谐振腔的Q值，同时采用铟钢等温度系数低的材料减小外界温度对滤波器通带频率的影响。这种方法将导致贵重高强度材料的使用和加工，必然导致器件的成本的急剧升高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波导插片滤波器，克服现有技术中存在的问题，大大降低超窄带微波滤波器的成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
波导插片滤波器，包括两端都设置有输入输出结构的波导管，还包括至少2片金属板；波导管上开有细缝，该细缝的走向与该波导管轴线方向垂直，所述金属板从外面插入到细缝中并与波导管密封连接在一起；金属板将波导管分割成若干个谐振腔，相邻金属板之间的波导管区域构成谐振腔，输入输出结构与金属板之间的波导管区域也构成谐振腔，金属板与波导管内径面之间存在间隙，该间隙形成耦合孔。
所述谐振腔中至少有2个谐振腔的工作模式为该谐振腔的高次模。
所述高次模谐振腔为矩形谐振腔并且其工作模式为TE102模。
所有金属板从波导管的同一侧插入，使得所有耦合孔都位于该波导管轴线同一侧。
沿波导管轴线方向，金属板交替的从波导管的两侧插入，使得耦合孔交替位于该波导管轴线两侧。
所述金属板中至少有1片设置在波导管的中间，位于波导管中间的金属板与波导管形成的两个耦合孔，这两个耦合孔分别位于波导管的轴线两侧。
所述金属板中至少有2片金属板之间沿该波导管轴线方向的距离小于所有金属板之间沿该波导管轴线方向的距离的最大值的30%；该2片金属板和波导管形成的两个耦合孔沿该波导管轴线方向分别交替设置于波导管轴线的两侧。
所述波导管为铟钢波导管或为热膨胀系数低于每摄氏度百万分之五的波导管。
所述金属板中至少有一个金属板的厚度小于2.5毫米。
所述金属板中至少有一个金属板上没有耦合调节螺钉波导管上设置有耦合调节螺钉，该耦合调节螺钉的轴线与该波导管的外壁的交点为点P，该金属膜片与波导管之间形成的耦合孔的中心点为点M，点P与点M的距离小于该波导管的宽度的15%。
为了提高所述谐振腔的Q值（品质因子）并易于加工，所述谐振腔中至少有2个谐振腔的工作模式为该谐振腔的高次模。这里的谐振腔可以为任何横截面的柱状谐振腔，以圆柱形谐振腔和矩形谐振腔为佳。作为更好的选择，所述高次模谐振腔为矩形谐振腔并且其工作模式为TE102模。
第一种安排，所有金属板从波导管的同一侧插入，使得所有耦合孔都位于该波导管轴线同一侧。具体地，所述波导管和每一片金属板形成的耦合孔沿该波导管轴向都设置在该波导插片滤波器的右边。
第二种安排，沿波导管轴线方向，金属板交替的从波导管的两侧插入，使得耦合孔交替位于该波导管轴线两侧。具体的可以是：所述波导管和每一片金属板形成的耦合孔沿该波导管轴向交替设置在该波导插片滤波器左边和右边。
第三种安排，所述金属板中至少有1片设置在波导管的中间，位于波导管中间的金属板与波导管形成的两个耦合孔，这两个耦合孔分别位于波导管的轴线两侧。具体地，所述金属板中至少有1片设置在波导管的中间，该金属板和波导管形成的两个耦合孔分别位于波导管的左边和右边。
对于超窄带滤波器，所述耦合孔的宽度很小，使得开有细缝的波导管1的强度大大降低。为了解决这个问题，本发明采用纵向距离很小的两个金属板分别从该波导管的左边和右边插入对应的细缝构成谐振腔之间的耦合结构，这样使相邻谐振腔之间的耦合通道变得很长。对于一定的弱耦合，所述耦合孔的宽度可以显著增大。所以有第四种安排，所述金属板中至少有2片金属板之间沿该波导管轴线方向的距离小于所有金属板之间沿该波导管轴线方向的距离的最大值的30%；该2片金属板和波导管形成的两个耦合孔沿该波导管轴线方向分别交替设置于波导管轴线的两侧；具体的结构为：所述金属板中至少有2片金属板之间沿该波导管轴线方向的距离小于所有金属板之间沿该波导管轴线方向的距离的最大值的30%。该2片金属板和波导管形成的两个耦合孔沿该波导管轴线方向分别交替设置于波导管的左边和右边。
为了克服环境温度对波导插片滤波器的工作频率的影响，所述波导管的材料为热膨胀系数低于每摄氏度百万分之五的材料，以铟钢（INVAR）为较佳的选择。
为了克服环境温度对波导插片滤波器的工作带宽的影响，所述金属板中至少有一个金属板的厚度小于2.5毫米。比如，该金属板的厚度可以取为0.2毫米，其材料可以采用铟钢（INVAR）， 也可以采用普通合金材料，比如合金铝。
为了便于调节相邻谐振腔之间的耦合量，在所述金属板的厚度很小时，不便在该金属板上设置耦合调节螺钉，而是在对应的耦合孔2b附近设置耦合调节螺钉。为此，本发明采取的方案为，所述金属板中至少有一个金属板上没有耦合调节螺钉波导管上设置有耦合调节螺钉，该耦合调节螺钉的轴线与该波导管的外壁的交点为点P，该金属膜片与波导管之间形成的耦合孔的中心点为点M，点P与点M的距离小于该波导管的宽度的15%。
一般来讲，金属板与波导管之间采用锡焊或其它方法焊接导通，以防止微波信号辐射到该滤波器外或者造成相邻谐振腔之间不必要的耦合。为了提高谐振腔的Q值，降低滤波器的插损，所述波导管和金属片表面都可以镀银。
本发明利用工作于高次模的铟钢波导管构成的谐振腔与插片相结合解决超窄带波导滤波器的制造中遇到的插损太高和频率和带宽受环境温度影响的问题。与传统的采用铟钢材料通过铣切加工相比，避免了原材料的浪费和对硬金属的加存在的问题。相比之下，本发明的所有部分原则上都可以采用管材或板材通过相对容易得多的线切割加工方法完成，可以大大降低器件的制造成本。
附图说明
图1为本发明的俯视示意图， 同时图1也是实施实例1的俯视示意图。
图2为开有细缝的波导管示意图。
图3为实施实例2的俯视示意图。
图4实施实例3的俯视示意图。
图5实施实例4的俯视示意图。
附图中标号对应名称：1-波导管，2-金属板，2b-耦合孔，3-输入输出结构，4-频率调谐螺钉，5-耦合调节螺钉。
本说明书中部分名词规定如下：波导插片滤波器的纵向，即波导管的轴线方向。宽度方向，波导管横截面的宽边方向。高度方向，波导管横截面的窄边方向。
具体实施方式
实施实例1
本发明的总体构思方案如下：
波导插片滤波器，包括两端都设置有输入输出结构3的波导管1，还包括至少2片金属板2；波导管上开有细缝，该细缝的走向与该波导管轴线方向垂直，所述金属板2从外面插入到细缝中并与波导管1密封连接在一起；金属板2将波导管1分割成若干个谐振腔，相邻金属板2之间的波导管区域构成谐振腔，输入输出结构3与金属板2之间的波导管区域也构成谐振腔，金属板与波导管1内径面之间存在间隙，该间隙形成耦合孔2b。
所述谐振腔中至少有2个谐振腔的工作模式为该谐振腔的高次模。
所述高次模谐振腔为矩形谐振腔并且其工作模式为TE102模。
所有金属板从波导管的同一侧插入，使得所有耦合孔都位于该波导管1轴线同一侧。
沿波导管1轴线方向，金属板交替的从波导管的两侧插入，使得耦合孔交替位于该波导管1轴线两侧。
所述金属板2中至少有1片设置在波导管1的中间，位于波导管1中间的金属板2与波导管1形成的两个耦合孔2b，这两个耦合孔2b分别位于波导管1的轴线两侧。
所述金属板2中至少有2片金属板2之间沿该波导管1轴线方向的距离小于所有金属板2之间沿该波导管1轴线方向的距离的最大值的30%；该2片金属板2和波导管1形成的两个耦合孔2b沿该波导管1轴线方向分别交替设置于波导管1轴线的两侧。
所述波导管1为铟钢波导管或为热膨胀系数低于每摄氏度百万分之五的波导管。
所述金属板2中至少有一个金属板2的厚度小于2.5毫米。
所述金属板2中至少有一个金属板2上没有耦合调节螺钉波导管1上设置有耦合调节螺钉5，该耦合调节螺钉5的轴线与该波导管1的外壁的交点为点P，该金属膜片2与波导管之间形成的耦合孔2b的中心点为点M，点P与点M的距离小于该波导管1的宽度的15%。
为了提高所述谐振腔的Q值品质因子并易于加工，所述谐振腔中至少有2个谐振腔的工作模式为该谐振腔的高次模。这里的谐振腔可以为任何横截面的柱状谐振腔，以圆柱形谐振腔和矩形谐振腔为佳。作为更好的选择，所述高次模谐振腔为矩形谐振腔并且其工作模式为TE102模。
第一种安排，所有金属板从波导管的同一侧插入，使得所有耦合孔都位于该波导管1轴线同一侧。具体的可以是：所述波导管和每一片金属板形成的耦合孔沿该波导管轴向都设置在该波导插片滤波器的右边。
第二种安排，沿波导管1轴线方向，金属板交替的从波导管的两侧插入，使得耦合孔交替位于该波导管1轴线两侧。具体的可以是：所述波导管和每一片金属板形成的耦合孔沿该波导管轴向交替设置在该波导插片滤波器左边和右边。
第三种安排，所述金属板2中至少有1片设置在波导管1的中间，位于波导管1中间的金属板2与波导管1形成的两个耦合孔2b，这两个耦合孔2b分别位于波导管1的轴线两侧。具体的可以是：所述金属板中至少有1片设置在波导管的中间，该金属板和波导管形成的两个耦合孔分别位于波导管的左边和右边。
对于超窄带滤波器，所述耦合孔的宽度很小，使得开有细缝的波导管1的强度大大降低。为了解决这个问题，本发明采用纵向距离很小的两个金属板分别从该波导管的左边和右边插入对应的细缝构成谐振腔之间的耦合结构，这样使相邻谐振腔之间的耦合通道变得很长。对于一定的弱耦合，所述耦合孔的宽度可以显著增大。所以有第四种安排，所述金属板2中至少有2片金属板2之间沿该波导管1轴线方向的距离小于所有金属板2之间沿该波导管1轴线方向的距离的最大值的30%；该2片金属板2和波导管1形成的两个耦合孔2b沿该波导管1轴线方向分别交替设置于波导管1轴线的两侧；具体的结构为：所述金属板中至少有2片金属板之间沿该波导管轴线方向的距离小于所有金属板之间沿该波导管轴线方向的距离的最大值的30%。该2片金属板和波导管形成的两个耦合孔沿该波导管轴线方向分别交替设置于波导管的左边和右边。
为了克服环境温度对波导插片滤波器的工作频率的影响，所述波导管的材料为热膨胀系数低于每摄氏度百万分之五的材料，以铟钢（INVAR）为较佳的选择。
为了克服环境温度对波导插片滤波器的工作带宽的影响，所述金属板中至少有一个金属板的厚度小于2.5毫米。比如，该金属板的厚度可以取为0.5毫米，其材料可以采用铟钢（INVAR）， 也可以采用普通合金材料，比如合金铝。
为了便于调节相邻谐振腔之间的耦合量，在所述金属板的厚度很小时，不便在该金属板上设置耦合调节螺钉，而是在对应的耦合孔2b附近设置耦合调节螺钉。为此，本发明采取的方案为，所述金属板2中至少有一个金属板2上没有耦合调节螺钉波导管1上设置有耦合调节螺钉5，该耦合调节螺钉5的轴线与该波导管1的外壁的交点为点P，该金属膜片2与波导管之间形成的耦合孔2b的中心点为点M，点P与点M的距离小于该波导管1的宽度的15%。
具体的，在本实施例中，如图1、2所示，波导插片滤波器，包括一根波导管1，3片金属板2，2个波导法兰盘构成的输入输出结构3。波导管1上在与该波导管1轴线垂直的方向开有3条细缝。所述金属板2从外面插入到细缝中并与波导管1焊接在一起。金属板2将波导管1分割成 4个谐振腔。每一片金属板与波导管1之间形成的耦合孔2b，耦合孔2b将位于该片金属板两端的谐振腔连通。
所述谐振腔中4个谐振腔的工作模式为该谐振腔的高次模。这里的谐振腔为矩形谐振腔。其工作模式为TE102模。
第一种安排，所述波导管1和每一片金属板2形成的耦合孔2b沿该波导管1轴向都设置在该波导插片滤波器的右边，在图中为下侧方向。
为了克服环境温度对波导插片滤波器的工作频率的影响，所述波导管1的材料为铟钢。
所述金属板2中至少有一个金属板2的厚度为1毫米。其材料为镀银的合金铝。
在3个金属板2上都没有任何调谐螺钉或调节螺钉。而在任意金属板2两侧靠近每一个耦合孔2b附近各设置有1颗耦合调节螺钉5。
实施实例2
参见图3。与实施是咧1相比，不同点仅在于；所述波导管1和每一片金属板2形成的耦合孔2b沿该波导管1轴向交替设置在该波导插片滤波器左边和右边。
实施实例3
参见图4。与实施例1相比，不同点仅在于；所述金属板2中至少有1片设置在波导管1的中间，该金属板2和波导管1形成的两个耦合孔2b分别位于波导管1的左边和右边。
实施实例4
参见图5。与实施例1相比，不同点仅在于；所述金属板2中至少有3对金属板2之间沿该波导管1轴线方向的距离小于所有金属板2之间沿该波导管1轴线方向的距离的最大值的30%。每对金属板2和波导管1形成的两个耦合孔2b沿该波导管1轴线方向分别交替设置于波导管1的左边和右边。
在上述实施例中，还存在用于调节频率的频率调谐螺钉4，频率调谐螺钉4从波导管外部插入到波导管内部。
如上所述，则可较好的实现本发明。
Claims (7)
1.波导插片滤波器，其特征在于，包括两端都设置有输入输出结构（3）的波导管（1），还包括至少2片金属板（2）；波导管上开有细缝，该细缝的走向与该波导管轴线方向垂直，所述金属板（2）从外面插入到细缝中并与波导管（1）密封连接在一起；金属板（2）将波导管（1）分割成若干个谐振腔，相邻金属板（2）之间的波导管区域构成谐振腔，输入输出结构（3）与金属板（2）之间的波导管区域也构成谐振腔，金属板一侧与波导管（1）内壁之间存在间隙，该间隙形成耦合孔（2b）；所述金属板（2）中至少有2片金属板（2）之间沿该波导管（1）轴线方向的距离小于所有金属板（2）之间沿该波导管（1）轴线方向的距离的最大值的30%；该2片金属板（2）和波导管（1）的内壁之间形成的两个耦合孔（2b）沿该波导管（1）轴线方向分别交替设置于波导管（1）轴线的两侧。
2.根据权利要求1所述的波导插片滤波器，其特征在于，所述谐振腔中至少有2个谐振腔的工作模式为该谐振腔的高次模。
3.根据权利要求2所述的波导插片滤波器，其特征在于，所述高次模谐振腔为矩形谐振腔并且其工作模式为TE102模。
4.根据权利要求1所述的波导插片滤波器，其特征在于，所述金属板（2）中至少有1片设置在波导管（1）的中间，位于波导管（1）中间的金属板（2）与波导管（1）的两侧内壁形成的两个耦合孔（2b），这两个耦合孔（2b）分别位于波导管（1）的轴线两侧。
5.根据权利要求1所述的波导插片滤波器，其特征在于，所述波导管（1）为铟钢波导管或为热膨胀系数低于每摄氏度百万分之五的波导管。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的波导插片滤波器，其特征在于，所述金属板（2）中至少有一个金属板（2）的厚度小于2.5毫米。
7.根据权利要求6所述的波导插片滤波器，其特征在于，所述金属板（2）中至少有一个金属板（2）上没有耦合调节螺钉，而波导管（1）上设置有耦合调节螺钉（5），该耦合调节螺钉（5）的轴线与该波导管（1）的外壁的交点为点P，该金属膜片（2）与波导管之间形成的耦合孔（2b）的中心点为点M，点P与点M的距离小于该波导管（1）的宽度的15%。
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