CN106329046A - 一种矩形腔脊耦合带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形腔脊耦合带阻滤波器，包括至少一个谐振腔、以及与谐振腔内部相通连接的槽线，且所述谐振腔和槽线内部贯通设置有金属线。槽线用以连接与带阻滤波器外界和连接带阻滤波器中相邻的谐振腔。所述金属线与所述槽线被至少一个金属脊连通。所述金属脊只在其底端与槽线的内底面连接。本发明利用脊波导耦合谐振腔并支撑金属线，避免了采用介质支撑与同轴线内导体相连的金属线，具有加工简单、加工成本低、便于调试、寄生阻带远和结构紧凑，并能够工作到高频微波和毫米波等特点，可以广泛用于各微波波段的电子系统中，特别是雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。

Description

一种矩形腔脊耦合带阻滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器，具体地说，是涉及一种利用同轴传输线、脊波导与谐振腔耦合构成的一种矩形腔脊耦合带阻滤波器。

背景技术

带阻滤波器在一根封闭的微波传输线的侧壁上增加一个耦合谐振腔，可以在传输线的传输曲线上某些频率产生传输零点， 从而阻止这些频率的信号通过该传输线。

目前最常见到的带阻滤波器包括一根同轴结构的传输线和沿该传输线轴线排列的若干谐振腔。这些谐振腔在传输线一侧为开敞结构。通过这些开敞结构实现传输线与谐振腔之间的耦合。谐振腔中设有金属柱，金属柱的长度可以从滤波器外加以改变，可以同时调节谐振腔的谐振频率和谐振腔与传输线之间的耦合。但是，由于金属柱插入谐振腔中的深度同时改变谐振腔的谐振频率和谐振腔与传输线之间的耦合，使金属柱上的外螺纹和位于谐振腔上的螺孔上的内螺纹之间的配合松紧选择带来困难。如果太松，当螺丝结构锁紧后，螺杆轴线方向在谐振腔中不确定，会使滤波器微调变得困难。如果太紧将使金属柱转动困难，也会使滤波器的调试变得困难。

已有技术的第二个问题，是为了获得对称的带阻响应，理论上需要谐振腔之间传输线的电长度为阻带中心频率处波长的1/4。在阻带频率较低时，要求传输线的长度很长，不利于滤波器的小型化。采用调谐螺钉或慢波结构可以部分解决这个问题。但在要求寄生阻带很远的情况下，阻带高端的通带内的宽带匹配难以实现。

已有技术中最常用的传输线为同轴传输线。其中的内导体在整个带阻滤波器中与其它部分是绝缘的，并需要采用绝缘介质来支撑。这带来已有技术的第三个问题。绝缘介质是相对较软的材料，导致同轴线的内导体在器件经受振动时的性能不稳定。 同时，这些用于支撑同轴内导体的介质在器件工作频率比较高时（比如毫米波频段）变得非常小。其精密加工成为一个非常困难的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工简单、调试方便、寄生阻带远、结构紧凑的带阻滤波器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种矩形腔脊耦合带阻滤波器，包括至少一个谐振腔、以及与谐振腔内部相通连接的槽线。槽线用于连接与带阻滤波器外界和连接带阻滤波器中相邻的谐振腔。所述谐振腔和槽线内部还贯通设置有金属线；所述金属线与所述槽线在至少一个地方直流短路。

较佳的设计，所述金属线与所述槽线被至少一个金属脊连通；所述金属脊只在其底端与槽线的内底面连接。

较佳的设计，槽线和金属脊的横截面都为矩形，二者构成脊波导。这时，金属线贯穿所述脊耦合带阻滤波器。在谐振腔之间的槽线内，该金属线与这里的脊波导的金属脊的顶部连通，起到对金属线的支撑作用。这时的谐振腔之间的耦合实际上是通过二者之间的脊波导来实现的。

所述谐振腔至少为两个，且所述两相邻谐振腔通过槽线和金属线连接，槽线和金属线构成传输线，所述槽线与金属线可以为曲线状。即所有连接谐振腔的槽线的终端指向在其始端指向的基础上可以转动多达90度。这种排布使我们能够紧凑地布置所有谐振腔，通过弯曲传输线的方法满足谐振腔之间传输线的长度要求。所述槽线与金属线也可以为直线段。这种排布使我们能够紧凑地布置所有谐振腔， 并很好地利用器件的对称型一致传输线和谐振腔的高次模的影响。

所述谐振腔内部设置有金属柱，且所述金属柱与谐振腔连接。所述金属柱一般固定在谐振腔底部并只在谐振腔底部与谐振腔壁连接。而且其在谐振腔中的位置和深度不能从谐振腔外加以调节。这种使我们能够通过铣切机的精密加工使谐振腔的频率与设计值非常接近，方便采用调谐螺钉完成谐振腔调谐。

所述金属柱在远离谐振腔底部的一端还可以设置金属板。

所述金属柱在远离谐振腔底部的一端或/和金属板在远离金属柱的一端设有凹槽。

所述金属板还可以在其靠近谐振腔内表面的位置连接有增容金属体。所述凹槽的使用使我们能够在确定带阻滤波器阻带带宽的前提下，最大限度地缩小金属柱或金属板与谐振腔壁的距离，最大限度地增大谐振腔壁和金属柱的电容加载，从而实现谐振腔的小型化并增大谐振腔的基模和高次模谐振频率之间的差别。后者将有利于实现远寄生阻带的带阻滤波器。

所述槽线的最大宽度小于相邻谐振腔最大宽度的50％。

所述谐振腔或/和金属柱或/和金属板或/和金属线的横截面形状都为圆形。由于谐振腔、金属柱和金属板的圆对称，使金属线在金属柱和金属板上面通过时可以在水平面上任意转动角度。这种安排使滤波器的设计在满足谐振腔之间传输线的长度接近1/4波长的限制条件下仍然十分方便。金属线的横截面形状为圆形或矩形使我们可以采用标准的金属线，以进一步降低滤波器的制造成本。

金属板的俯视方向投影至少在一个方向上大于金属柱的俯视方向投影。这种安排使我们能缩小谐振腔的体积，同时增大谐振腔的基模和高次模谐振频率之间的差别。后者将有利于实现远寄生阻带的带阻滤波器。

金属柱或设置于金属柱顶端的金属板的俯视方向投影至少在一个方向上大于金属线的俯视方向投影。

本发明的实际应用中，需要在该带阻滤波器的两端增加同轴接头。这时，同轴接头的外导体与所述槽线的外导体连接。同轴接头的内导体与与位于所述脊耦合带阻滤波的输入端或输出端的所述谐振腔之外的金属脊的顶部连接。

为了便于与同轴接头匹配连接，金属脊位于相邻两个谐振腔之间的槽线中，与所述脊耦合带阻滤波的输入端相邻的谐振腔为邻端谐振腔A ，邻端谐振腔A与所述输入端之间的槽线中不设置所述金属脊；或者与所述脊耦合带阻滤波的输出端相邻的谐振腔邻端谐振腔B，邻端谐振腔B与所述输出端之间的槽线中不设置所述金属脊。这时，同轴接头的内导体与金属线直接连接。

所述谐振腔设置有与其内部连通的频率调谐螺钉。该频率调谐螺钉伸入谐振腔的深度可以从谐振腔外调节，其位置不在金属线的上方。本发明中，由于谐振腔中的金属柱或设置于金属柱顶端的金属板的俯视方向投影至少在一个方向上大于金属线的俯视方向投影，频率调谐螺钉对谐振腔频率的调谐简单而有效。

所有谐振腔和所有槽线的上表面为重合的平面，使得该带阻滤波器可以分为底座和盖板。除与金属柱连接的金属板需要另外加工后焊接在金属柱上外，其余底座上的所有其它结构可以通过铣切机加工一次完成。其中的盖板可以采用标准板材加工而成。这些安排使滤波器的加工简单，可以有效地降低加工成本。

带阻滤波器的工作原理如下。

首先，电磁波信号从传输线的一端输入到传输线中并沿传输线传输。当信号遇到谐振腔时，该信号被第一次分配。其中一部分沿传输线继续传输，另一部分进入谐振腔中被反射回来， 被第二次分配。分别沿传输线传输和反射。

在某个频率，从谐振腔中反射回来沿传输线传输的信号与第一次分配后沿传输线传输的信号相位相差180度时，两部分信号将相互抵消，使得沿传输线继续传输的总信号幅度很低。这时，这个频率的大部分信号沿传输线返回而不能沿传输线传输。这样的一个谐振腔起到了阻止某些频率信号通过的作用。沿传输线排列的几个谐振腔使得处于阻带频率内的信号更少通过，同时让处于通带内的信号更多通过。

采用窄槽线和金属线构成的传输线，可以在保证谐振腔之间传输线长度为1/4波长的前提下，通过弯曲这些传输线使滤波器结构紧凑。通过采用金属板，特别是使该金属板向谐振腔底部弯曲，使谐振腔的体积缩小。通过在金属柱上端或金属板上端或者二者之上端同时设置凹槽，可以使金属柱和金属板与谐振腔内壁距离很小以实现谐振腔体积最小，同时可以实现阻带较宽的带阻滤波器。这些凹槽的使用，还可以使谐振腔的基模和高次模谐振频率之间的差别最大化，从而有利于实现远寄生阻带的带阻滤波器。

采用金属脊代替介质支撑金属线，利用金属脊的高通性质，很好地避免了采用介质支撑存在的稳定性问题和高频率时的加工问题。当然，由于金属脊将金属线与槽线内表面直流短路，本发明的带阻滤波器的通带不能工作到很低的频率。但是，采用与槽线上方间隙很小的金属脊构成的脊波导的截止频率可以很低而且其单模工作带宽可以达到及格倍频程。在许多应用场合，特别是在毫米波频段，金属脊的采用带来的信号的低频截止不成问题。

本发明的优点在于，加工简单、调试方便、寄生阻带远、结构紧凑。本发明的带阻滤波器可望广泛用于各微波波段的电子系统中，特别是雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。

附图说明

图1为本发明实施例1的俯视图示意图。

图2本发明实施例1的一个谐振腔的A－A方向侧视示意图。

图3为本发明实施例2的俯视图示意图。

图4为本发明实施例3的一个谐振腔处的沿金属线轴线方向的剖视示意图。

图5为本发明实施例3的一个谐振腔处的俯视示意图。

图6为本发明实施例4的一个谐振腔处的俯视示意图。

图7为本发明实施例5的一个谐振腔处的沿金属线轴线方向的剖视示意图。

图8为本发明实施例6的一个谐振腔处的沿金属线轴线方向的剖视示意图。

图9为本发明实施例7的一个谐振腔处的俯视示意图。

图10为本发明实施例8的一个谐振腔处的俯视示意图。

图中的标号分别表示为。

1-谐振腔；2-槽线；3-金属线；4-金属柱；5-金属板；6-凹槽；7-频率调谐螺钉；8-增容金属体；9-金属脊。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1、2所示，一种带阻滤波器，包括四个谐振腔1、以及连接外界和带阻滤波器的槽线2，谐振腔1和槽线2内部贯通设置有金属线3。金属线3和槽线2构成传输线路。所述金属线与所述槽线在3个地方通过金属脊直流短路。a

所述金属脊9只在其底端与槽线2的内底面连接。

谐振腔1内部设置有金属柱4，金属柱4与谐振腔1的底部连接。

3个谐振腔1内部的金属柱4在远离谐振腔1底部的一端连接有金属板5。

金属柱4和金属板5在远离金属柱4的底部一端设有凹槽6。

3个谐振腔1中的金属板5还连接有增容金属体8。

槽线2的最大宽度小于相邻谐振腔1最小宽度的30％。槽线2排布为曲线状。所有连接谐振腔1的槽线2的终端指向在其始端指向的基础上转动80度以上。

每个谐振腔1的上表面上设置有与其内部连通的频率调谐螺钉7。该频率调谐螺钉7伸入谐振腔1的深度可以从谐振腔1外调节，其位置不在金属线3的上方并与金属线1保持一定距离。

谐振腔1或/和金属柱4或/和金属板5或/和金属线3的横截面形状都为不规则形状。

实施例2

如图3所示，实施例2与实施例1的区别仅在于：谐振腔1、金属柱4、金属板5的横截面形状都为圆形。谐振腔1的数目为3个， 其中一个谐振腔1中的金属柱4上设置有金属板5，其顶部设置有凹槽6. 另外2个谐振腔1中的金属柱4上没有设置任何金属板5或增容金属体8或任何凹槽。。

实施例3

如图4和5所示。

实施例3与实施例1的区别仅在于：每个谐振腔1中都设置有1个金属柱4， 其上没有设置任何金属板5或增容金属体8或任何凹槽。所有谐振腔1和金属柱1的横截面的形状为圆形。

实施例4

如图6所示。

实施例4与实施例3的区别仅在于：所有谐振腔1和金属柱1的横截面的形状为矩形。

实施例5

如图7所示。

实施例5与实施例3的区别仅在于：每个谐振腔1中都设置有1个金属柱4， 其上设置有一个金属板5但没有设置任何增容金属体8。在每个金属板5的上表面设置有一个凹槽6。

实施例6

如图8所示。

实施例6与实施例5的区别仅在于：每个谐振腔1中都设置有1个金属柱4， 其上设置有一个金属板5和1个增容金属体8。没有设置任何凹槽6。

实施例7

如图9所示

实施例7与实施例6的区别仅在于：每个谐振腔1中设置有1个金属柱4、 1个金属板5和2个增容金属体8。 它们的横截面形状均为矩形。

实施例8

如图10所示

实施例8与实施例7的区别仅在于：每个谐振腔1中设置有1个金属柱4、1个金属板5和1个增容金属体8。 它们的横截面形状均为圆形。圆筒状增容金属板的数目为1个。

我们在这里给出了8只脊耦合带阻滤波器的实施实例。本发明的实现方式是没有限制的。比如，根据阻带抑制的要求，构成滤波器的谐振腔1的数目可以设置成3～20。本滤波器也可以作为部分用于构成其它滤波器件和微波组件。

如上所述便可较好实施本发明。

Claims (4)

1. 一种矩形腔脊耦合带阻滤波器，其特征在于，包括至少一个谐振腔（1）、以及与谐振腔（1）内部相通连接的槽线（2），且所述谐振腔（1）和槽线（2）内部贯通设置有金属线（3）；所述金属线（3）与所述槽线（2）在至少一个地方直流短路；所述金属线（3）与所述槽线（2）被至少一个金属脊（9）连通；所述金属脊（9）只在其底端与槽线（2）的内底面连接；所述谐振腔（1）内部设置有金属柱（4），且所述金属柱（4）只与谐振腔（1）底部连接；所述金属柱（4）在远离谐振腔（1）底部的一端连接有金属板（5），所述金属板（5）在其靠近谐振腔（1）内表面的位置还连接有增容金属体（8）；所述金属柱（4）或/和金属板（5）或/和增容金属体（8）的横截面形状都为矩形。

2.根据权利要求1所述的一种矩形腔脊耦合带阻滤波器，其特征在于，所述谐振腔（1）至少为两个，且任意所述两相邻谐振腔（1）通过槽线（2）连通。

3.根据权利要求1所述的一种矩形腔脊耦合带阻滤波器，其特征在于，所述金属柱（4）在远离谐振腔（1）底部的一端或/和金属板（5）在远离金属柱（4）的一端设有凹槽（6）。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种矩形腔脊耦合带阻滤波器，其特征在于，所述谐振腔（1）设置有与其内部连通的频率调谐螺钉（7）。