CN108306088A - 矩形波导双模谐振腔、波导双模滤波器、双模双工器 - Google Patents

矩形波导双模谐振腔、波导双模滤波器、双模双工器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矩形波导双模谐振腔，包括一矩形波导单模谐振腔，该矩形波导单模谐振腔的上、下H面的相同位置处分别向上、向下凸出不同的高度，分别形成一段上端部封闭的矩形垂直波导和一段下端部封闭的矩形垂直波导，两段矩形垂直波导在所述矩形波导单模谐振腔的H面上的投影完全重合。本发明还公开了一种波导双模滤波器及双模双工器。本发明波导双模滤波器通过多模的方式实现了传输零点，具有更加优良的性能；本发明波导双模滤波器可工作于E频段或更高频段，只需要较少谐振腔体就能实现普通切比雪夫响应的滤波器采用更多谐振腔体才能达到的抑制要求，因此具有更好的插损和群时延性能；此外，本发明波导双模滤波器结构更简单，制造成本更低。

Description

矩形波导双模谐振腔、波导双模滤波器、双模双工器
技术领域
本发明涉及一种波导双模滤波器，尤其涉及一种用于E频段(E-band)或更高频段的波导双模滤波器。
背景技术
由于其工作频率高，频带很宽，频谱资源丰富，因此E-band是5G通信的研究热点，用E-band可以解决大容量通信问题。E-band 5G通信基站的开发离不开工作于该频带高性能的波导滤波器和波导双工器。
E-band滤波器不同于常规频段的滤波器，由于其工作频率在80G，频率很高，尺寸很小，不可以调试，对器件的设计和加工精度要求非常高。因此很难像常规的滤波器那样，通过有限传输零点来提高滤波器的带外抑制，减小滤波器的带内插损。目前报道的E-band滤波器全部都是标准的切比雪夫响应，响应曲线上都没有传输零点。因此满足E-band滤波器的技术要求，一般高低端都需要8个谐振腔，过多的谐振腔必然会增加滤波器的带内插损耗，增加群时延平坦度以及增加制造成本和制造难度。为解决该问题，江苏贝孚德通讯科技股份有限公司曾经提出一种带零点的E-band滤波器设计(专利号：ZL201621472624.4)，能带入零点，很好的增加带外抑制，降低群时延波动和插损，但是该设计从H面剖分，必须焊接，这就导致了该腔体和盖板必须镀银，镀银的厚度很难控制，由于E-band器件的尺寸是如此的小，镀银就足以造成频率向高端有很大的移动，这样使得即使加工尺寸非常准确，也会由于镀银厚度控制不好而造成产品的尺寸不合格，导致整个滤波器和滤波器的电性能不合格。焊接过程中，融化的焊膏很容易流到谐振腔中，造成产品不合格。由于这两个原因，造成该设计的产品合格率不高，不利于大规模生产。
相比传统的波导单模滤波器，波导双模滤波器由于其至少一个谐振腔中有两个谐振模式，相当于两个单模谐振腔，而且很容易产生交叉耦合产生零点，因而具有较小的体积和更好的带外抑制性能。但是常见的圆波导型的双模滤波器，其双模谐振腔中的两个模式是正交模式，必须在两个模式相交的45度处打入螺钉，使得两个模式之间产生耦合，在常规频段，尺寸较大，还可以实现。但在E-band频段，由于器件尺寸太小，根本不可能实现该种结构；并且由于是正交的模式，器件只要进行了剖分，就必然会切割其中一个模式的电流，不采用焊接方式的话，不论从哪个方向剖分，都会产生泄漏的问题，因此现有的波导双模谐振腔结构在E-band频段不适用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种可适用于E-band的矩形波导双模谐振腔，并在此基础上提供一种可工作于E频段或更高频段且结构更简单，制造成本低廉的波导双模滤波器及双模双工器。
本发明的矩形波导双模谐振腔，包括一矩形波导单模谐振腔，该矩形波导单模谐振腔的上、下H面的相同位置处分别向上、向下凸出不同的高度，分别形成一段上端部封闭的矩形垂直波导和一段下端部封闭的矩形垂直波导，两段矩形垂直波导在所述矩形波导单模谐振腔的H面上的投影完全重合。
本发明的波导双模滤波器，用于E频段或更高频段，包括一组谐振腔，其中至少有一个谐振腔是如上所述矩形波导双模谐振腔。
优选地，该波导双模滤波器由沿波导E面剖分的两个独立部件组合装配而成。一方面生产制造简单，一方面不会产生任何泄漏。
进一步优选地，所述两个独立部件通过螺钉组合装配。从而可有效避免焊接方式装配所带来的一系列问题。
本发明的双模双工器，用于E频段或更高频段，其包括高端滤波器和低端滤波器，所述高端滤波器和/或低端滤波器为以上任一技术方案所述波导双模滤波器。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明矩形波导双模谐振腔中的两个模式是非正交模式，不需要45度的增加耦合的螺钉，两种模式可以直接耦合。并且可以通过控制矩形垂直波导的宽度来控制两种非正交模式的耦合强度，通过控制较长的矩形垂直波导的长度来控制传输零点的位置。
本发明波导双模滤波器通过多模的方式实现了传输零点，具有更加优良的性能。本发明波导双模滤波器可工作于E频段或更高频段，其只需要较少谐振腔体就能实现普通切比雪夫响应的滤波器采用更多谐振腔体才能达到的抑制要求，因此具有更好的插损和群时延性能。本发明波导双模滤波器在波导宽边剖分，因此在剖分面不存在泄漏的问题，不需要焊接，也不需要镀银。
附图说明
图1为本发明波导双模滤波器一个具体实施例的零部件组成示意图；
图2为本发明波导双模滤波器具体实施例的内部结构示意图；
图3为矩形波导单模谐振腔的结构示意图；
图4为矩形波导单模谐振腔中两个谐振模式的场分布截面图；
图5为矩形波导单模谐振腔的端口耦合时延仿真计算图；
图6为本发明波导双模滤波器具体实施例的S参数响应曲线图。
图中各附图标记含义如下：
1、矩形波导单模谐振腔，2、矩形波导双模谐振腔，3、输入输出端口，4、耦合窗口，21、矩形波导单模谐振腔，22、较长的矩形垂直波导，23、较短的矩形垂直波导。
具体实施方式
针对现有技术的不足，本发明提出了一种可适用于E-band的矩形波导双模谐振腔，其包括一矩形波导单模谐振腔，该矩形波导单模谐振腔的上、下H面的相同位置处分别向上、向下凸出不同的高度，分别形成一段上端部封闭的矩形垂直波导和一段下端部封闭的矩形垂直波导，两段矩形垂直波导在所述矩形波导单模谐振腔的H面上的投影完全重合。本发明矩形波导双模谐振腔中的两个模式是非正交模式，不需要45度的增加耦合的螺钉，两种模式可以直接耦合。并且可以通过控制矩形垂直波导的宽度来控制两种非正交模式的耦合强度，通过控制较长的矩形垂直波导的长度来控制传输零点的位置。
本发明在上述矩形波导双模谐振腔的基础上，提出了一种可工作于E频段或更高频段且结构更简单，制造成本低廉的波导双模滤波器及双模双工器。
下面以本发明波导双模滤波器的一个具体实施例并结合附图对来本发明的技术方案进行详细说明：
本实施例中的波导双模滤波器为7阶滤波器，如图1所示，该波导双模滤波器由两个基本对称的独立部件组合装配而成，两个独立部件是沿波导的E面剖分的，因此两个部件之间的组合装配不需要焊接，只需要简单的螺钉装配即可。本实施例中所有靠边接角的位置都预留有圆弧，方便加工走刀。
图2显示了该波导双模滤波器的内部结构。如图2所示，该波导双模滤波器包含两端的输入输出端口3以及6个谐振腔，其中5个谐振腔均为矩形波导单模谐振腔1，作为主模谐振腔；主模谐振腔内只有TE10模工作。第六个谐振腔为形波导双模谐振腔2。谐振腔之间以及谐振腔与输入输出端口3之间分别通过耦合窗口4耦合连接。
矩形波导双模谐振腔2的详细结构如图3所示，其包括矩形波导单模谐振腔21，矩形波导单模谐振腔21的上、下H面的相同位置处分别向上、向下凸出不同的高度，分别形成一段上端部封闭的矩形垂直波导22和一段下端部封闭的矩形垂直波导23，两段矩形垂直波导22、23在矩形波导单模谐振腔21的H面上的投影完全重合。
该矩形波导双模谐振腔2的结构可以看作是在矩形波导单模谐振腔21的宽边方向插入了一段与它垂直的波导，该垂直波导两端封闭，且该插入的垂直波导不沿矩形波导单模谐振腔21对称，其上面的部分(即矩形垂直波导22)稍长，可称其为长臂；而下面的部分(即矩形垂直波导23)稍短，可称其为短臂。该该矩形波导双模谐振腔2在滤波器的通带内具有两个谐振模式，这两个谐振模式的场分布截面图见图4。其模式一主要分布在和其他矩形波导单模谐振腔1同一个方向的波导中，谐振模式二的电场主要分布在垂直波导的短臂(即矩形垂直波导23)内，两个模式的电场方向为非正交，通过控制垂直波导的宽度可以控制该谐振腔中两个模式的耦合强度，其耦合系数满足公式k＝(f1 2-f2 2)/(f1 2+f2 2)。其中长臂的长度大致决定了传输零点的位置，通过控制该长臂的长度可以控制传输零点是在滤波器的左边或者右边。该垂直波导的宽度大致决定了该矩形波导双模谐振腔内部的两个谐振频率之间的耦合大小。通过调整合理的结构尺寸，则可以得到满足要求的端口耦合时延，端口耦合时延仿真计算图见图5，可以清楚的看到该谐振腔具有两个谐振频率，且耦合量满足通带带宽为71--76GHz的滤波器端口耦合要求。
图6给出了该7阶波导双模滤波器的S参数响应曲线图，由图6可知，该滤波器只需要六个谐振腔体，即可以实现7阶滤波器的频率响应，且带外具有传输零点，具有很好的带外抑制性能和带内插损性能。
以上仅为举例说明。在实际应用中，具体所使用的矩形波导双模谐振腔的数量、位置、尺寸参数等可根据实际需要灵活调整。
根据以上描述可知，本发明波导双模滤波器通过多模的方式实现了传输零点，具有更加优良的性能。本发明波导双模滤波器可工作于E频段或更高频段，其只需要较少谐振腔体就能实现普通切比雪夫响应的滤波器采用更多谐振腔体才能达到的抑制要求，因此具有更好的插损和群时延性能。本发明波导双模滤波器在波导宽边剖分，因此在剖分面不存在泄漏的问题，不需要焊接，也不需要镀银，其制造更简单，实现成本更低。
同样可以用该技术实现工作于E-band的双模双工器，即采用本发明波导双模滤波器作为双工器的高端滤波器和/或低端滤波器。该双模双工器具有带外零点，可极大的改善双工性能，进而提高整个通信系统的性能。

Claims (5)

1.一种矩形波导双模谐振腔，其特征在于，包括一矩形波导单模谐振腔，该矩形波导单模谐振腔的上、下H面的相同位置处分别向上、向下凸出不同的高度，分别形成一段上端部封闭的矩形垂直波导和一段下端部封闭的矩形垂直波导，两段矩形垂直波导在所述矩形波导单模谐振腔的H面上的投影完全重合。
2.一种波导双模滤波器，用于E频段或更高频段，其特征在于，包括一组谐振腔，其中至少有一个谐振腔是如权利要求1所述矩形波导双模谐振腔。
3.如权利要求2所述波导双模滤波器，其特征在于，该波导双模滤波器由沿波导E面剖分的两个独立部件组合装配而成。
4.如权利要求3所述波导双模滤波器，其特征在于，所述两个独立部件通过螺钉组合装配。
5.一种双模双工器，用于E频段或更高频段，其包括高端滤波器和低端滤波器，其特征在于，所述高端滤波器和/或低端滤波器为权利要求2～4任一项所述波导双模滤波器。
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