CN105186079A

CN105186079A - 双频带波导滤波器

Info

Publication number: CN105186079A
Application number: CN201510646580.6A
Authority: CN
Inventors: 薛泉; 靳俊叶
Original assignee: Shenzhen Research Institute of CityU
Current assignee: Shenzhen Research Institute of CityU
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2035-10-08
Also published as: CN105186079B

Abstract

本发明公开了一种双频带波导滤波器，包括：矩形波导的输入端口P1、输出端口P2、上腔体1、下腔体2、以及上腔体1和下腔体2之间的介质基板3；所述介质基板3正面包含两个对称的C型谐振器31、以及两个对称的中间折叠谐振器32；所述介质基板3背面包含两根金属条带33；所述介质基板3两侧边分别设一排金属化通孔34，所述介质基板3通过所述金属化通孔34嵌入上腔体1和下腔体2之内。本发明公开的双频带波导滤波器具有小尺寸且易于批量生产。

Description

双频带波导滤波器

技术领域

本发明涉及毫米波波导滤波器技术领域，尤其涉及双频带波导滤波器。

背景技术

波导滤波器由于其损耗小、功率容量大等优点在微波毫米波通信、卫星通信、雷达等通信系统中得到广泛应用。但是传统的腔体波导滤波器在体积和重量方面均处于劣势地位，为了解决这一问题，研究学者们提出了E面波导滤波器。从此E面波导滤波器得到了广泛的研究与发展。从传统的级联半波谐振腔结构(见Y.KonishiandK.Uenakada,"TheDesignofaBandpassFilterwithInductiveStrip--PlanarCircuitMountedinWaveguide,"MicrowaveTheoryandTechniques,IEEETransactionson,vol.22,pp.869-873,1974.)到为了进一步缩小体积，国外学者们联合采用半波谐振器和T型谐振器(见D.Budimir,O.Glubokov,andM."WaveguidefiltersusingT-shapedresonators,"ElectronicsLetters,vol.47,p.38,2011.)以及S型谐振器进行波导滤波器的设计(见N.SuntheralingamandD.Budimir,"EnhancedWaveguideBandpassFiltersUsingS-ShapedResonators,"InternationalJournalofRFandMicrowaveComputer-AidedEngineering,vol.19,pp.627-633,Nov2009.)，经历了几十年的发展与改善。目前也出现了多种新型的E面波导滤波器结构，它们进一步缩小了波导滤波器的尺寸，例如一种基于电磁感应透明的波导滤波器(见X.QiLin,J.WeiYu,Y.Jiang,J.YeJin,andY.Fan,"Electromagneticallyinducedtransparenciesinaclosedwaveguidewithhighefficiencyandwidefrequencyband,"AppliedPhysicsLetters,vol.101,pp.093502-093502-3,2012.)，这种波导滤波器结构尺寸小，且设计灵活方便。再比如利用电磁谐振而设计的波导带通滤波器(见J.Y.Jin,X.Q.Lin,Y.Jiang,L.Wang,andY.Fan,"AnovelE-planesubstrateinsertedbandpassfilterwithhighselectivityandcompactsize,"InternationalJournalofRFandMicrowaveComputer-AidedEngineering,vol.24,pp.451-456,2014.)

然而，据目前对E面波导滤波器的研究与调研，现有的成果大多是基于单频带的研究，而基本没有关于双频带E面波导滤波器的研究成果。然而根据传统经验，双频带波导滤波器的采用可以很大的缩小通信系统的体积与重量，简化通信系统的设计复杂性，因此对双频带波导滤波器的研究是至关重要的。而关于双频带波导滤波器的研究大多采用谐振腔形式及利用双模谐振腔(见V.Nocella,F.Cacciamani,C.Tomassoni,R.Sorrentino,andL.Pelliccia,"Dual-bandfiltersbasedonTMdual-modecavities,"inEuropeanMicrowaveConference(EuMC),201444th,2014,pp.179-182.和S.AmariandM.Bekheit,"ANewClassofDual-ModeDual-BandWaveguideFilters,"MicrowaveTheoryandTechniques,IEEETransactionson,vol.56,pp.1938-1944,2008.)，这种设计方法必然会造成所设计的滤波器体积大、重量重，且不利于批量生产。

发明内容

本发明实施例提供一种双频带波导滤波器，用以减少双频带波导滤波器的体积和重量且易于批量生产，该双频带波导滤波器包括：

矩形波导的输入端口P1、输出端口P2、上腔体1、下腔体2、以及上腔体1和下腔体2之间的介质基板3；

所述介质基板3正面包含两个对称的C型谐振器31、以及两个对称的中间折叠谐振器32；所述介质基板3背面包含两根金属条带33；所述介质基板3两侧边分别设一排金属化通孔34，所述介质基板3通过所述金属化通孔34嵌入上腔体1和下腔体2之内。

一个实施例中，所述两个对称的C型谐振器31开口相对设置；所述两个对称的中间折叠谐振器32开口相对设置。

一个实施例中，所述两个对称的C型谐振器31和所述两个对称的中间折叠谐振器32垂直于所述介质基板3两侧边的两排金属化通孔34。

一个实施例中，所述两个对称的C型谐振器31位于所述两个对称的中间折叠谐振器32之间。

一个实施例中，所述两根金属条带33对称设置。

一个实施例中，所述两根金属条带33垂直于所述介质基板3两侧边的两排金属化通孔34。

一个实施例中，所述金属条带33与所述中间折叠谐振器32的长度相同。

一个实施例中，所述中间折叠谐振器32的总电长度通过中间折叠部分调节。

本发明实施例的双频带波导滤波器采用了E面结构技术，矩形波导上腔体和下腔体之间的介质基板正面包含两个对称的C型谐振器、以及两个对称的中间折叠谐振器，背面包含两根金属条带，两侧边分别设一排金属化通孔，介质基板通过金属化通孔嵌入上腔体和下腔体之内，使得双频带波导滤波实现了小型化设计，且结构简单、易于批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中双频带波导滤波器的示例图；

图2为本发明实施例中双频带波导滤波器中介质基板的正面示例图；

图3为本发明实施例中双频带波导滤波器中介质基板的背面示例图；

图4为本发明实施例中双频带波导滤波器的测试仿真对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

发明人考虑到，一方面现有的E面波导滤波器研究大多是基于单频带的研究，而基本没有关于双频带E面波导滤波器的进展，另一方面现有的关于双频带波导滤波器的研究大多采用谐振腔形式及利用双模谐振腔，这种设计方法使得的滤波器体积大、重量重，且不利于批量生产，因此在本发明实施例中设计一种双频带波导滤波器，该双频带波导滤波器采用E面结构，具有小型化、易于批量生产的特点。

图1为本发明实施例中双频带波导滤波器的示例图。图2为本发明实施例中双频带波导滤波器中介质基板的正面示例图。图3为本发明实施例中双频带波导滤波器中介质基板的背面示例图。如图1、图2和图3所示，本发明实施例中双频带波导滤波器包括：矩形波导的输入端口P1、输出端口P2、上腔体1、下腔体2、以及上腔体1和下腔体2之间的介质基板3；介质基板3正面包含两个对称的C型谐振器31、以及两个对称的中间折叠谐振器32；介质基板3背面包含两根金属条带33；介质基板3两侧边分别设一排金属化通孔34，介质基板3通过金属化通孔34嵌入上腔体1和下腔体2之内。

具体的，本发明实施例的双频带波导滤波器中，包括由矩形波导构成输入端口P1和输出端口P2，还包括构成矩形波导腔体的上腔体1和下腔体2，以及在上腔体1和下腔体2之间的介质基板3。其中，在一些实施例中，矩波波导可以是标准矩形波导。介质基板3通过金属化通孔34嵌入上腔体1和下腔体2之内，以固定介质基板3的位置。

介质基板3正面包含的两个对称的C型谐振器31和两个对称的中间折叠谐振器32，这四个谐振器在波导中会形成一个通带。介质基板3正面包含的两个对称的C型谐振器31和介质基板3背面包含的两根金属条带33在波导中会产生另一个通带。

图2所示的实施例中，介质基板3正面的两个对称的C型谐振器31开口可以相对设置；两个对称的中间折叠谐振器32开口也可以相对设置。当然，本领域技术人员可以知晓，在其它的实施例中，C型谐振器31和中间折叠谐振器32的开口方向可以根据实际设计需要发生改变。

图2所示的实施例中，两个对称的C型谐振器31和两个对称的中间折叠谐振器32可以垂直于介质基板3两侧边的两排金属化通孔34。当然，本领域技术人员可以知晓，在其它的实施例中，C型谐振器31和中间折叠谐振器32的设置方向可以根据实际设计需要发生改变。

图2所示的实施例中，两个对称的C型谐振器31可以位于两个对称的中间折叠谐振器32之间以实现进一步的结构紧凑。当然，本领域技术人员可以知晓，在其它的实施例中，C型谐振器31和中间折叠谐振器32的位置可以根据实际设计需要发生改变。

图3所示的实施例中，两根金属条带33可以对称设置。当然，本领域技术人员可以知晓，在其它的实施例中，两根金属条带33的位置可以根据实际设计需要发生改变。

图3所示的实施例中，两根金属条带33可以垂直于介质基板3两侧边的两排金属化通孔34。当然，本领域技术人员可以知晓，在其它的实施例中，两根金属条带33的设置方向可以根据实际设计需要发生改变。

图2中还示出了在介质基板3的正面，波导窄边长为b；中间折叠谐振器32的长度为h₁，条带宽度为w，中间折叠部分的长度为h₃，宽度为l₂；C型谐振器31的长度为h₂，开口处两个端点之间的距离为g₁，弯曲部分间距为g₀；两个C型谐振器31之间的距离为g₃；中间折叠谐振器32与C型谐振器31之间的距离为g₂。C型谐振器31的条带宽度也可以是w。图3中还示出了在介质基板3的背面，波导窄边长为b；金属条带33的长度为h₁，宽度为w₁；两根金属条带33之间的距离为d。

可以看到，图2和图3所示的实施例中，金属条带33和中间折叠谐振器32的长度相同。当然，本领域技术人员可以知晓，在其它的实施例中，金属条带33和中间折叠谐振器32的长度可以根据实际设计需要发生改变。此外，中间折叠谐振器32的总电长度可以通过中间折叠部分灵活调节。并且，中间折叠谐振器32的中间折叠部分位置也可以灵活调节，例如中间折叠部分发生改变而可以保持中间折叠谐振器32总电长度不变。

由于介质基板3正面包含的两个对称的C型谐振器31和两个对称的中间折叠谐振器32，这四个谐振器在波导中会形成一个通带，当h₁和l₂等参数不变的时候，只调节h₃增大，会主要影响该通带，使该通带向低频段偏移。由于介质基板3正面包含的两个对称的C型谐振器31和介质基板3背面包含的两根金属条带33在波导中会产生另一个通带，当固定两根金属条带33的尺寸时，高频通带的上边带抑制特性基本不随中间折叠谐振器32的参数l₂和h₃的改变而改变。由此可见，本发明实施例的双频带波导滤波器设计具有灵活性，可以根据需求相对灵活的设计两个通带的频率与带宽。

此外，本发明实施例的双频带波导滤波器的两个通带之间存在两个零点。这里给出一个实例。本例中，设计、加工、测试了一种双频带波导滤波器，该双频带波导滤波器采用工作于Ka波段标准矩形波导WR-28(7.112mm×3.556mm)构成，仿真设计中选用的介质基板为RogersRT/duroid5880，其介电常数为2.2，厚度0.254mm，损耗角正切为0.0009，再参考图2和图3，在本例中g₀＝0.1，g₁＝0.7，g₂＝0.1，g₃＝0.1，l₂＝0.25，h₁＝3.34，h₂＝3，h₃＝1.7，w＝w₁＝0.1(所有金属的条带的宽度均为0.1)，所以该双频带波导滤波器沿传播方向的总长度为1.6mm。图4为本例中双频带波导滤波器的测试仿真对比图，如图4所示，测试得到，第一个通带为28.74～31.04GHz，具有2.3GHz的绝对带宽，最小插入损耗为0.58dB，而第二个通带为32.6～34.3GHz，具有1.7GHz的绝对带宽，最小插入损耗为0.7dB，且两个通带之间存在两个零点。图4中S参数分别为：S₁₁_实测为本实例的反射系数测试曲线，S₁₁_仿真为本实例的反射系数仿真曲线，S₂₁_实测为本实例的传输系数测试曲线，S₂₁_仿真为本实例的传输系数仿真曲线。

由于介质基板3正面的两个对称的C型谐振器31、两个对称的中间折叠谐振器32和背面的两根金属条带33会产生相互耦合作用，使两个通带带宽减小及频率偏移等，故实施例中对本发明实施例的双频带波导滤波器可以进行有针对性的调整和优化。

综上所述，本发明实施例的双频带波导滤波器采用了E面结构技术，矩形波导上腔体和下腔体之间的介质基板正面包含两个对称的C型谐振器、以及两个对称的中间折叠谐振器，背面包含两根金属条带，两侧边分别设一排金属化通孔，介质基板通过金属化通孔嵌入上腔体和下腔体之内，使得双频带波导滤波实现了小型化设计，且结构简单、易于批量生产。

进一步的，介质基板正面两个对称的C型谐振器31可以位于两个对称的中间折叠谐振器32之间以实现结构紧凑。此外，本发明实施例的双频带波导滤波器设计具有灵活性，可以根据需求相对灵活的设计两个通带的频率与带宽。且双频带波导滤波器的两个通带之间存在两个零点。

本发明实施例的双频带波导滤波器将会为改善微波毫米波通信、卫星通信、雷达等通信系统提供良好的选择，具有一定的理论与实践意义。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双频带波导滤波器，其特征在于，包括：

矩形波导的输入端口(P1)、输出端口(P2)、上腔体(1)、下腔体(2)、以及上腔体(1)和下腔体(2)之间的介质基板(3)；

所述介质基板(3)正面包含两个对称的C型谐振器(31)、以及两个对称的中间折叠谐振器(32)；所述介质基板(3)背面包含两根金属条带(33)；所述介质基板(3)两侧边分别设一排金属化通孔(34)，所述介质基板(3)通过所述金属化通孔(34)嵌入上腔体(1)和下腔体(2)之内。

2.如权利要求1所述的双频带波导滤波器，其特征在于，所述两个对称的C型谐振器(31)开口相对设置；所述两个对称的中间折叠谐振器(32)开口相对设置。

3.如权利要求1所述的双频带波导滤波器，其特征在于，所述两个对称的C型谐振器(31)和所述两个对称的中间折叠谐振器(32)垂直于所述介质基板(3)两侧边的两排金属化通孔(34)。

4.如权利要求1至3任一项所述的双频带波导滤波器，其特征在于，所述两个对称的C型谐振器(31)位于所述两个对称的中间折叠谐振器(32)之间。

5.如权利要求1所述的双频带波导滤波器，其特征在于，所述两根金属条带(33)对称设置。

6.如权利要求1或5所述的双频带波导滤波器，其特征在于，所述两根金属条带(33)垂直于所述介质基板(3)两侧边的两排金属化通孔(34)。

7.如权利要求1所述的双频带波导滤波器，其特征在于，所述金属条带(33)与所述中间折叠谐振器(32)的长度相同。

8.如权利要求1所述的双频带波导滤波器，其特征在于，所述中间折叠谐振器(32)的总电长度通过中间折叠部分调节。