CN106654473B - 基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，包括第一三模谐振腔、第二三模谐振腔、第一波导、第二波导、第三波导和第四波导；所述第一三模谐振腔的底部和顶部分别开有缝隙，所述第一三模谐振腔的顶部通过缝隙与第二三模谐振腔耦合，第一三模谐振腔的底部通过缝隙与第一波导耦合；所述第二三模谐振腔的顶部、右部和左部分别开有缝隙，所述第二三模谐振腔的顶部、右部和左部分别通过缝隙与第二波导、第三波导和第四波导耦合。本发明具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，能够满足小型化通信的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种三工器，尤其是一种基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，属于无线通信领域。
背景技术
微波滤波器是现代通信系统中发射端和接收端必不可少的器件，它对信号起分离作用，让有用的信号尽可能无衰减的通过，对无用的信号尽可能大的衰减抑制其通过。随着无线通信技术的发展，信号间的频带越来越窄，这就对滤波器的规格和可靠性提出了更高的要求。
腔体滤波器作为其中的一个分支，就是采用腔体结构,一个腔体能够等效成电感并联电容这样就形成一个谐振级达到滤波功能.Q值高、体积小、损耗低、承受功率可达100W、可靠性高、稳定性好、温度性能好。由于以上特点，研究腔体滤波器多模结构，腔体滤波器的小型化得到学者们的广泛关注。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
1)谐振器的分离简并模一般有四种方法：1.1)如图1a和1b所示，通过耦合螺钉来实现简并模耦合时，为了避免相互作用，其位置应位于两个谐振(要耦合)的电场强度最大值附近,且其余简并模电场为零的区域，通常耦合螺钉与两个极化的电场成45o，但这种耦合方式可调谐范围比较小；1.2)如图2a和2b所示，在谐振器45°角上方伸进耦合螺钉，同样可以分离简并模；1.3)如图3a和3b所示，剖出个矩形切角，但这种耦合方式不易加工；1.4)如图4a和4b所示，在谐振器中心开槽，同样这种耦合方式不易加工。
2)1951年林为干院士基于波导腔体内模式的谐振频率基本公式提出圆柱形谐振腔中存在着多个简并模式，并设计了显著减小波导滤波器体积的一腔五模滤波器，为一腔多模滤波器的研究奠定基础。
3)1998年10月，G.Lastoria等人在IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS发表题为“CAD of Triple-Mode Cavities in Rectangular Waveguide”的文章中。作者提出了一种采用金属腔体切角的三模结构，结构如图5a所示，通过控制切角的大小将若干个谐振模式平移到我们所需的通带内，它的仿真结果如图5b所示；这种耦合方式的结构不易加工。
4)2004年1月，L.H.Chua等人发表题为“Analysis of dielectric loadedcubical cavity for triplemode filter design”文章中，提出利用同轴线作为馈电，如图6a所示，采用调谐螺钉的介质腔体滤波器结构，仿真结果如图6b所示；这种采用耦合螺钉的结构可调谐的范围比较少，存在一定的不足。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，该三工器具有结构简单、体积小、加工容易、性能好的优点，能够很好的满足现代通信系统的要求。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，包括第一三模谐振腔、第二三模谐振腔、第一波导、第二波导、第三波导和第四波导；
所述第一三模谐振腔的底部和顶部分别开有缝隙，所述第一三模谐振腔的顶部通过缝隙与第二三模谐振腔耦合，第一三模谐振腔的底部通过缝隙与第一波导耦合；
所述第二三模谐振腔的顶部、右部和左部分别开有缝隙，所述第二三模谐振腔的顶部、右部和左部分别通过缝隙与第二波导、第三波导和第四波导耦合。
作为一种优选方案，所述第一三模谐振腔底部的缝隙为第一缝隙，顶部的缝隙为第二缝隙；
所述第一缝隙从第一三模谐振腔的底面上看，为倾斜设置的矩形结构；所述第二缝隙从第一三模谐振腔的顶面上看，为倾斜设置的矩形结构；所述第一缝隙和第二缝隙相平行。
作为一种优选方案，所述第二三模谐振腔顶部的缝隙为第三缝隙，右部的缝隙为第四缝隙，左部的缝隙为第五缝隙；
所述第三缝隙从第二三模谐振腔的顶面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第四缝隙从第二三模谐振腔的右侧面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第五缝隙从第二三模谐振腔的左侧面上看，为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形结构；所述第一缝隙、第二缝隙在第二三模谐振腔顶面上的投影与第三缝隙相交，所述第四缝隙在第二三模谐振腔左侧面上的投影与第五缝隙相垂直。
作为一种优选方案，所述第一波导、第二波导、第三波导和第四波导均为尺寸相同的矩形波导结构；所述第一波导倾斜设置，第一波导倾斜的角度与第一缝隙相同，并与第一缝隙相垂直，所述第二波导与第三缝隙相垂直，所述第三波导与第四缝隙相垂直，所述第四波导与第五缝隙相垂直。
作为一种优选方案，所述第一三模谐振腔和第二三模谐振腔均为矩形腔结构，且第一三模谐振腔和第二三模谐振腔的内部尺寸相同。
作为一种优选方案，所述第一三模谐振腔和第二三模谐振腔均采用金属材料制成。
作为一种优选方案，所述第一三模谐振腔和第二三模谐振腔的内部填充有空气。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的三工器中，一个三模谐振腔的顶部通过缝隙与另一个三模谐振腔耦合，底部通过缝隙耦合一个波导，另一个三模谐振腔的顶部、右部和左部又分别通过缝隙耦合一个波导，利用一个三模谐振腔底部的波导将能量传输到该三模谐振腔内部，由该三模谐振腔将能量传输到另一个三模谐振腔的内部，另一个三模谐振腔内部将能量分给顶部、右部和左部的波导，通过三个波导输出，从而实现一个波导输入，三个波导输出，可以由缝隙控制谐振，具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，能够满足小型化通信的要求。
2、本发明的三工器经过电磁仿真表明，在频率2.91GHz、3.1GHz和3.26GHz各产生一个通带，在三个通带中，每个通带均有两个模式，均构成二阶的滤波器响应，实现了共用两个三模谐振腔的三工器。
3、本发明的三工器加工容易，解决了现有技术加工复杂的问题，且结构简单，应用范围广。
附图说明
图1a为采用现有技术第一种分离简并模方法的谐振器(谐振器为矩形体)结构图。
图1b为采用现有技术第一种分离简并模方法的谐振器(谐振器为圆柱体)结构图。
图2a为采用现有技术第二种分离简并模方法的谐振器立体图。
图2b为采用现有技术第二种分离简并模方法的谐振器俯视图。
图3a为采用现有技术第三种分离简并模方法的谐振器立体图。
图3b为采用现有技术第三种分离简并模方法的谐振器俯视图。
图4a为采用现有技术第四种分离简并模方法的谐振器立体图。
图4b为采用现有技术第四种分离简并模方法的谐振器俯视图。
图5a为现有技术中采用金属腔体切角的三模滤波器结构图。
图5b为现有技术中采用金属腔体切角的三模滤波器仿真结果图。
图6a为现有技术中采用调谐螺钉的介质腔体滤波器结构图。
图6b为现有技术中采用调谐螺钉的介质腔体滤波器仿真结果图。
图7为本发明实施例1的三工器立体图。
图8为本发明实施例1的三工器正视图。
图9为本发明实施例1的三工器左视图。
图10为本发明实施例1的三工器俯视图。
图11为本发明实施例1的三工器频率响应的电磁仿真曲线图。
其中，1-第一三模谐振腔，2-第二三模谐振腔，3-第一波导，4-第二波导，5-第三波导，6-第四波导，7-空气，8-第一缝隙，9-第二缝隙，10-第三缝隙，11-第四缝隙，12-第五缝隙。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图7～图10所示，本实施例的三工器包括第一三模谐振腔1、第二三模谐振腔2、第一波导3、第二波导4、第三波导5和第四波导6；
所述第一三模谐振腔1和第二三模谐振腔2均为矩形腔结构，内部都填充有空气7，且内部尺寸相同；其中，所述第一三模谐振腔1的底部开有第一缝隙8，顶部开有第二缝隙9，所述第二三模谐振腔2的顶部开有第三缝隙10，右部开有第四缝隙11，左部开有第五缝隙12。
所述第一三模谐振腔1的顶部通过第二缝隙9与第二三模谐振腔2耦合，底部通过第一缝隙8与第一波导3耦合，所述第二三模谐振腔2的顶部通过第三缝隙10与第二波导4耦合，右部通过第四缝隙11与第三波导5耦合，左部通过第五缝隙12与第四波导6耦合。
所述第一缝隙8从第一三模谐振腔1的底面上看，为倾斜设置的矩形结构，倾斜的角度为30～60度，优选为45度；所述第二缝隙9从第一三模谐振腔1的顶面上看，为倾斜设置的矩形结构，倾斜的角度为30～60度，优选为45度；所述第一缝隙8和第二缝隙9相平行；所述第三缝隙10从第二三模谐振腔2的顶面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第四缝隙11从第二三模谐振腔2的右侧面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第五缝隙12从第二三模谐振腔2的左侧面上看，为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形结构；所述第一缝隙8、第二缝隙9在第二三模谐振腔2顶面上的投影与第三缝隙10相交，所述第四缝隙11在第二三模谐振腔2左侧面上的投影与第五缝隙12相垂直。
所述第一波导3、第二波导4、第三波导5和第四波导6均为尺寸相同的矩形波导结构，第一波导3、第二波导4、第三波导5和第四波导6均可作为端口，其中第一波导3作为第一端口，第二波导4作为第二端口，第三波导5作为第三端口，第四波导6作为第四端口，第一端口为输入端口，第二端口、第三端口和第四端口均为输出端口；所述第一波导3倾斜设置，第一波导3倾斜的角度与第一缝隙8相同，并与第一缝隙8相垂直，所述第二波导4与第三缝隙10相垂直，所述第三波导5与第四缝隙11相垂直，所述第四波导6与第五缝隙12相垂直。
本实施例的三工器工作原理是：能量从第一波导3输入，第一波导3通过第一缝隙8将能量传输到第一三模谐振腔1的内部，第一三模谐振腔1通过第二缝隙9将能量传输到第二三模谐振腔2的内部，第二三模谐振腔2内部分别通过第三缝隙10、第四缝隙11和第五缝隙12将能量分给第二波导4、第三波导5和第四波导6，第二波导4、第三波导5和第四波导6分别将能量输出，从而实现了一个波导输入，三个波导输出的三工器。
本实施例的三工器频率响应的电磁仿真曲线如图11所示，图中s11表示第一端口的回波损耗，s21表示第一端口到第二端口的正向传输系数，s31表示第一端口到第三端口的正向传输系数，s41表示第一端口到第四端口的正向传输系数，s42表示第二端口到第四端口的反向传输系数，s32表示第二端口到第三端口的反向传输系数，s43表示第三端口到第四端口的反向传输系数，从图中可以看到，s21的中心频率为2.91GHz，带宽为22MHz，s31的中心频率3.1GHz，带宽为22MHz，s41的中心频率为3.26GHz，带宽为25MHz，这三个通带中，每个通带均有两个模式，均构成二阶的滤波器响应。
上述实施例中，所述第一三模谐振腔1和第二三模谐振腔2均采用金属材料制成，金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
综上所述，本发明的三工器中，一个三模谐振腔的顶部通过缝隙与另一个三模谐振腔耦合，底部通过缝隙耦合一个波导，另一个三模谐振腔的顶部、右部和左部又分别通过缝隙耦合一个波导，利用一个三模谐振腔底部的波导将能量传输到该三模谐振腔内部，由该三模谐振腔将能量传输到另一个三模谐振腔的内部，另一个三模谐振腔内部将能量分给顶部、右部和左部的波导，通过三个波导输出，从而实现一个波导输入，三个波导输出，可以由缝隙控制谐振，具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，能够满足小型化通信的要求。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (7)
1.基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，其特征在于：包括第一三模谐振腔、第二三模谐振腔、第一波导、第二波导、第三波导和第四波导；
所述第一三模谐振腔的底部和顶部分别开有缝隙，所述第一三模谐振腔的顶部通过缝隙与第二三模谐振腔耦合，第一三模谐振腔的底部通过缝隙与第一波导耦合，所述第一波导用于馈电；
所述第二三模谐振腔的顶部、右部和左部分别开有缝隙，所述第二三模谐振腔的顶部、右部和左部分别通过缝隙与第二波导、第三波导和第四波导耦合。
2.根据权利要求1所述的基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，其特征在于：所述第一三模谐振腔底部的缝隙为第一缝隙，顶部的缝隙为第二缝隙；
所述第一缝隙从第一三模谐振腔的底面上看，为倾斜设置的矩形结构；所述第二缝隙从第一三模谐振腔的顶面上看，为倾斜设置的矩形结构；所述第一缝隙和第二缝隙相平行。
3.根据权利要求2所述的基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，其特征在于：所述第二三模谐振腔顶部的缝隙为第三缝隙，右部的缝隙为第四缝隙，左部的缝隙为第五缝隙；
所述第三缝隙从第二三模谐振腔的顶面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第四缝隙从第二三模谐振腔的右侧面上看，为两条长边左右设置、两条短边上下设置的矩形结构；所述第五缝隙从第二三模谐振腔的左侧面上看，为两条长边上下设置、两条短边左右设置的矩形结构；所述第一缝隙、第二缝隙在第二三模谐振腔顶面上的投影与第三缝隙相交，所述第四缝隙在第二三模谐振腔左侧面上的投影与第五缝隙相垂直。
4.根据权利要求3所述的基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，其特征在于：所述第一波导、第二波导、第三波导和第四波导均为尺寸相同的矩形波导结构；所述第一波导倾斜设置，第一波导倾斜的角度与第一缝隙相同，并与第一缝隙相垂直，所述第二波导与第三缝隙相垂直，所述第三波导与第四缝隙相垂直，所述第四波导与第五缝隙相垂直。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，其特征在于：所述第一三模谐振腔和第二三模谐振腔均为矩形腔结构，且第一三模谐振腔和第二三模谐振腔的内部尺寸相同。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，其特征在于：所述第一三模谐振腔和第二三模谐振腔均采用金属材料制成。
7.根据权利要求1-4任一项所述的基于波导馈电的共用两个三模谐振腔的三工器，其特征在于：所述第一三模谐振腔和第二三模谐振腔的内部填充有空气。
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