CN107331924B - 波导型滤波器 - Google Patents

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Abstract

波导型滤波器，涉及微波器件。本发明在脊波导的脊上设置有槽齿结构，所述槽齿结构为在平行于底面的截面上呈现槽和齿沿波导的轴线方向交替排列的结构，所述底面为与脊直接接触的面。本发明的有益效果是，频带宽性能好，可广泛用于通信基站、卫星导航、广播、射电天文和无源监测等多种系统。

Description

波导型滤波器
技术领域
本发明涉及微波器件。
背景技术
滤波器是一种频率选择器件，从现代通信到射电天文等领域，它都是一种不可或缺的微波器件。它是控制系统频率响应的二端口网络。其性能的好坏直接影响着系统的性能。特别是宽带波导型滤波器在宽带和超宽带无线通信监测系统中具有非常重要的作用。近几年来已有越来越多的研究机构和学者开始这方面的研制工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种带宽宽、插损小、带外抑制高，能承载较大功率的波导滤波器。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，波导型滤波器，其特征在于，在脊波导的脊上设置有槽齿结构，所述槽齿结构为在平行于底面的截面上呈现槽和齿沿波导的轴线方向交替排列的结构，所述底面为与脊直接接触的面。
以波导的两个窄边为上下两个水平面，波导的输入输出两端为左右方向，在此参考方向中，所述槽齿结构为上下对称结构，对称面为垂直于底面且波导底面中线所在的平面，该中线指向输入——输出方向。
以波导的两个窄边为上下两个水平面，在此参考方向中，所述槽齿结构为左右对称的结构。
所述脊波导为单脊波导。
所述脊波导为设置有脊的矩形波导，脊的横截面为矩形，槽为矩形槽，齿为矩形齿。
以一对上下对称的槽和与之邻近的一对上下对称的齿为一个节，脊波导的一个脊上至少设置有4个节，4个节沿中点左右对称，且每一节中的槽和齿的尺寸按切比雪夫分布变换分布。
本发明的有益效果是，频带宽性能好，可广泛用于通信基站、卫星导航、广播、射电天文和无源监测等多种系统。
附图说明
图1是实施例的结构示意图(立体状态)。
图2是实施例的Y轴-Z轴平面的截图示意图。
图3是实施例的B-B剖面图。
图4是实施例的A-A剖面图。
图5是实施例的仿真测试曲线图。
图6为单脊波导阻抗曲线图。
具体实施方式
参见图1-5。
波导型滤波器，其特征在于，在脊波导的脊上设置有槽齿结构，所述槽齿结构为在平行于底面的截面上呈现槽和齿沿波导的轴线方向交替排列的结构，所述底面为与脊直接接触的面，所述波导轴线方向即为图1中的Y轴方向，也就是波导传输方向。
以波导的两个窄边为上下两个水平面，波导的输入输出两端为左右方向，如图2所示方向，所述槽齿结构为上下对称的结构。
以波导的两个窄边为上下两个水平面，在此参考方向中，所述槽齿结构为左右对称的结构。如图2所示，沿虚线左右对称。
实施例：2-6GHz波导滤波器的设计
波导滤波器采用单脊波导设计，它的各节均由槽和齿构成。是一种周期结构。如图1的立体图所示，各节的尺寸基本固定，每节槽和齿的尺寸均按切比雪夫分布变化。如图2所示，图中J1、J2…j10表示槽宽，K1、K2…K9表示齿宽。图3是B-B剖面图，图4是A-A剖面图，图中a是单脊波导的宽边，a’是单脊波导输入端的脊宽，b是单脊波导的窄边，b’是单脊波导的间隙，a”是滤波器中的脊宽。
本实施例槽齿结构左右对称，即槽宽和齿宽满足下述关系:
J1＝J10 J2＝J9 J3＝J8 J4＝J7 J5＝J6
K1＝K9 K2＝K8 K3＝K7 K4＝K6
更具体的，单脊波导各项参数为
宽边a＝35mm
窄边b＝16.05mm
b/a＝0.45
波导的间隙b’＝1.6mm
b’/b＝0.1
输入端的脊宽a’＝15.75mm
a’/a＝0.45
根据b’/b＝0.1
a’/a＝0.45
可由表1可查得TE10模和TE20的截止波长分别为
λc1＝5.3825a
a＝35mm
λc1＝188.3875mm
所以fc1＝1592.46MHz
λc2＝1.02a
a＝35mm
λc2＝35.875mm
所以fc2＝836MHz
这样可求得中心频率
f0＝(fc1+fc2)/2＝4977MHz
中心频率的波长
λ0＝c/f0＝60.277mm
每节的长度L设计为中心频率的1/4波长，即L1＝15mm。
考虑匹配等因素，每节的长度稍有变化，本发明中，变换范围在15％到20％的范围内，这样每节的最终实际长度分别为：
第一节的长度L01＝14mm
第二节的长度L02＝14.5mm
第三节的长度L03＝15mm
第四节的长度L04＝16mm
第五节的长度L05＝17mm
滤波器中槽和齿的设计
滤波器中的脊宽a”一般选为0.1a，即a”＝3.5mm。输入端的脊宽a’与波导宽度之比a’/a＝0.45。由表2可查得特性阻抗Z0＝40Ω。
滤波器中的脊宽与滤波器宽边之比a”/a＝0.1，可由图6查得特性阻抗Z1＝110Ω。
阻抗比R＝(110/40)2＝7.56，取作R＝8
从切比雪夫阶梯阻抗变换器各节归一化阻抗值中查得滤波器中各节的齿和槽的比例关系：
槽J1在第一节中所占的比例为14.17％
槽J2在第二节中所占的比例为36.51％
槽J3在第三节中所占的比例为56.43％
槽J4在第四节中所占的比例为73.06％
槽J5在第五节中所占的比例为80％
五节滤波器中各节槽和齿的尺寸列于下表
节数 每节的长度mm 槽宽mm 齿宽mm
1 14 2.0 12
2 14.5 5.3 9.2
3 15 8.5 6.5
4 16 11.7 4.3
5 17 13.6 3.4
对上述尺寸设计的滤波器进行仿真，仿真结果如图5所示，由图可见，设计的脊波导滤波器达到的技术指标为：
工作频带：2-6GHz
插损：0.5dB
驻波：1.5
带外抑制：50dB。
表1
H10模的截止波长
Figure GDA0001262454230000041
H20模的截止波长
Figure GDA0001262454230000051

Claims (5)

1.波导型滤波器，其特征在于，在脊波导的脊上设置有槽齿结构，所述槽齿结构为在平行于底面的截面上呈现槽和齿沿波导的轴线方向交替排列的结构，所述底面为与脊直接接触的面；
以一对上下对称的槽和与之邻近的一对上下对称的齿为一个节，脊波导的一个脊上至少设置有4个节，各个节沿所述脊的中点左右对称，且每一节中的槽和齿的尺寸符合切比雪夫分布。
2.如权利要求1所述的波导型滤波器，其特征在于，以波导的两个窄边为上下两个水平面，波导的输入输出两端为左右方向，在此参考方向中，所述槽齿结构为上下对称的结构。
3.如权利要求1所述的波导型滤波器，其特征在于，以波导的两个窄边为上下两个水平面，在此参考方向中，所述槽齿结构为左右对称的结构。
4.如权利要求1所述的波导型滤波器，其特征在于，所述脊波导为单脊波导。
5.如权利要求1所述的波导型滤波器，其特征在于，脊波导的横截面中，宽边长度a＝35mm，窄边长度b＝16.05mm，波导间隙1.6mm，输入端脊宽15.75mm；
脊波导的内壁各面中，与底面相对的内壁面为顶面，顶面与脊之间的距离为波导间隙；
自输入端起，
第一对槽宽2.0mm，第一对齿宽12mm；
第二对槽宽5.3mm，第二对齿宽9.2mm；
第三对槽宽8.5mm，第三对齿宽6.5mm；
第四对槽宽11.7mm，第四对齿宽4.3mm；
第五对槽宽13.6mm，第五对齿宽3.4mm；
第六对槽宽13.6mm，第六对齿宽4.3mm；
第七对槽宽11.7mm，第七对齿宽6.5mm；
第八对槽宽8.5mm，第八对齿宽9.2mm；
第九对槽宽5.3mm，第九对齿宽12mm；
第十对槽宽2.0mm；
每一对槽由两个上下对称的槽构成，每一对齿由两个上下对称的齿构成。
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