CN109509950A - 一种小型化双频波导滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化双频波导滤波器，为一个封闭的金属腔体，在金属腔体的长度方向上依次区分有同一中轴线的第一矩形波导谐振腔、第一耦合膜片、第二矩形波导谐振腔、第二耦合膜片和第三矩形波导谐振腔；第一矩形波导谐振腔和第三矩形波导谐振腔上各设有一个SMA端口，用于安装输入同轴馈电线和输出同轴馈电线；第一矩形波导谐振腔、第二矩形波导谐振腔和第三矩形波导谐振腔均为脊波导谐振腔，分别在各自的两个长边和两个短边都做加脊处理，成为四脊波导谐振腔；第一耦合膜片和第二耦合膜片均为十字形结构，分别由水平和垂直两个方向的矩形膜片组成。本发明具有结构简单、易于调谐、小型化、选择性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信的技术领域，尤其是指一种小型化双频波导滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展以及无线电媒体业务的持续增长,低费用、更有效、更高品质的无线通信系统需要高性能、小体积、低损耗的滤波器。较之其他性质的微波滤波器而言，波导腔体滤波器具有Q值高、插入损耗小、功率容量高等优点，并且易于加工。但是，其庞大的体积与重量也限制了其在现代集成化微波电路领域的应用。
由滤波器的理论知识可知，波导腔体滤波器的谐振频率与其对应的腔体长度、宽度和高度有关。针对其体积庞大的缺点，本文提出了在传统的波导滤波器的基础上，不添加任何辅助结构，引入双频特性，并且每个频段对应的腔体长度通过加脊来实现小型化。通过以上两点，来解决目前波导滤波器体积庞大，不易于微波系统集成化的问题。
现有技术中，专利申请号为201710222732.9，专利名称为：一种具有双传输零点的毫米波矩形腔体滤波器的发明专利，其包括空心腔体以及位于其上的盖板。该发明专利提供一种基于TE301/TE302谐振腔构成的具有双传输零点的毫米波矩形腔体滤波器。采用singlet的结构，singlet的原理是在谐振腔中激励起TE201模，但在输出端转化为TE10模。输入端和输出端位于同一端时，在通带左侧会引入一个零点，当输入端和输出端位于对立端时，在通带右侧会引入一个传输零点。该发明将以上两种办法结合起来，将输入端和输出端在同一端和对立端各占半边，一次来给通带两侧各引入一个零点。
专利申请号为201610758831.4，专利名称为：一种小型化波导滤波器的发明专利，包括波导主体和凹陷结构主体，波导主体包括波导侧壁及波导底部组成的一体结构，凹陷结构主体包括凹陷结构侧壁及凹陷结构底部组成的一体结构。单个凹陷结构主体嵌入单个波导主体内形成一个呈空心凹陷结构的谐振腔，由这种谐振腔构成滤波器能够有效降低波导滤波器的体积与重量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，具体是波导滤波器体积庞大，不利于集成化，提出了一种小型化双频波导滤波器，在实现双频特性的同时，又使得波导结构小型化，该结构具有结构简单、易于调谐、小型化、选择性好等优点。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种小型化双频波导滤波器，为一个封闭的金属腔体，在该金属腔体的长度方向上依次区分有同一中轴线的第一矩形波导谐振腔、第一耦合膜片、第二矩形波导谐振腔、第二耦合膜片和第三矩形波导谐振腔；所述第一矩形波导谐振腔和第三矩形波导谐振腔上各设有一个SMA端口，用于安装输入同轴馈电线和输出同轴馈电线；所述第一矩形波导谐振腔、第二矩形波导谐振腔和第三矩形波导谐振腔均为脊波导谐振腔，分别在各自的两个长边和两个短边都做加脊处理，成为四脊波导谐振腔，所述四脊波导谐振腔的前两个谐振频率相互正交，能够实现独立控制，这两个谐振频率分别为垂直极化模式和水平极化模式，所述垂直极化模式是由四脊波导谐振腔的长边和高度共同控制，所述水平极化模式是由四脊波导谐振腔的短边和高度共同控制；所述第一耦合膜片和第二耦合膜片均为十字形结构，分别由水平和垂直两个方向的矩形膜片组成，其中，该水平方向的矩形膜片用来耦合四脊波导谐振腔的垂直极化模式，该垂直方向的矩形膜片用来耦合四脊波导谐振腔的水平极化模式。
进一步，所述金属腔体为方形金属腔体。
进一步，所述四脊波导谐振腔的上下和左右均为对称结构。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、在传统的矩形波导滤波器的基础上，在其两个长边和两个宽边均做加脊处理，成为四脊波导谐振腔，此四脊波导谐振腔的前两个谐振频率均有所下降，以此实现小型化。
2、在传统的单频矩形波导谐振器的基础上，增加一个通带，实现双频特性，从而进一步实现小型化。
3、本发明有较好的通带内滤波特性，带外频率选择特性好。
4、本发明具有结构简单、设计容易、易加工的优点。
附图说明
图1是本发明提出的小型化双频波导滤波器的前视剖面结构示意图。
图2是本发明提出的小型化双频波导滤波器的整体结构示意图。
图3是本发明实施例的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例所提供的小型化双频波导滤波器，为一个封闭的金属腔体8，在该金属腔体8的长度方向上依次区分有同一中轴线的第一矩形波导谐振腔3、第一耦合膜片6、第二矩形波导谐振腔4、第二耦合膜片7和第三矩形波导谐振腔5；第一矩形波导谐振腔3和第三矩形波导谐振腔7上各设有一个SMA端口，用于安装输入同轴馈电线1和输出同轴馈电线2。
第一矩形波导谐振腔3为脊波导谐振腔，分别在其两个长边和两个短边都做加脊处理，成为四脊波导谐振腔。用这种方法处理过的谐振腔可以降低其谐振频率，从而实现小型化。另外，此四脊波导谐振腔的前两个谐振频率相互正交，因此可以实现独立控制，这两个谐振频率分别为垂直极化模式和水平极化模式。第一个谐振频率为垂直极化模式，由第一矩形波导谐振腔3的长边和高度共同控制，第二个谐振频率为水平极化模式，由第一矩形波导谐振腔3的短边和高度共同控制。
第一耦合膜片6由垂直和水平两个方向的矩形膜片组成，形成一个十字形结构，主要控制第一矩形波导谐振腔3和第二矩形波导谐振腔4的耦合强度。传统意义上，耦合膜片提供感性耦合，因此其耦合系数为负。第一个谐振频率为垂直极化模式，因此通过第一耦合膜片6的水平方向的矩形膜片耦合。第二个谐振频率为水平极化模式，因此通过第一耦合膜片6的垂直方向的矩形膜片耦合。
第二矩形波导谐振腔4和第三矩形波导谐振腔5也是四脊波导谐振腔，其结构与第一矩形波导谐振腔3相同。同样的，它们的第一个谐振频率由各自的长边和高度共同控制，第二个谐振频率由各自的短边和高度共同控制。
第二耦合膜片7的结构(放置方式和具体参数)与第一耦合膜片6相同，同样由垂直和水平两个方向的矩形膜片组成，该耦合膜片提供感性耦合，其耦合系数为负，主要控制第二矩形波导谐振腔4和第三矩形波导谐振腔5的耦合强度。
如图2示，本实施例设计的小型化双频波导滤波器的中心频率为3.34GHZ和3.66GHZ。使用三维仿真软件HFSS对小型化双频波导滤波器进行仿真与优化，优化后的主要结构参数为：L1＝L7＝20.5mm,L2＝L8＝20.46mm,L3＝L9＝70.6mm,L4＝20.33mm,L5＝20.3mm,L6＝68.3mm，L10＝L12＝56mm,L11＝56.39mm。
如图3所示，显示了本实施例上述小型化双频波导滤波器的散射仿真结果图。横轴表示输入信号频率，范围从3.0GHz到4.0GHz，纵轴表示幅度，包括回波损耗S11的幅度和插入损耗S21的幅度。该滤波器的中心工作频率为3.34GHZ和3.66GHZ，3dB相对带宽分别是0.73％和0.48％，插入损耗分别是0.0009dB,0.0016dB，回波损耗均降至20dB以下，且在两通带之间，有一个传输零点。由图可见，该小型化双频波导滤波器具有插损小、高选择性、高带外抑制性等优点。
综上所述，本发明提出的小型化双频波导滤波器，它与传统的波导滤波器相比，在其四周各引入一个脊，使其成为四脊波导谐振器，因此可以将谐振频率拉低，实现小型化。并且，由前两个正交的谐振模式获得双频特性，每个通带特性均独立可调。因此，本发明具有结构对称简单，体积小，双频带通带损耗低，选择性好，阻带宽，且抑制程度高等优点，具有实际推广价值，值得推广。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种小型化双频波导滤波器，其特征在于：为一个封闭的金属腔体，在该金属腔体的长度方向上依次区分有同一中轴线的第一矩形波导谐振腔、第一耦合膜片、第二矩形波导谐振腔、第二耦合膜片和第三矩形波导谐振腔；所述第一矩形波导谐振腔和第三矩形波导谐振腔上各设有一个SMA端口，用于安装输入同轴馈电线和输出同轴馈电线；所述第一矩形波导谐振腔、第二矩形波导谐振腔和第三矩形波导谐振腔均为脊波导谐振腔，分别在各自的两个长边和两个短边都做加脊处理，成为四脊波导谐振腔，所述四脊波导谐振腔的前两个谐振频率相互正交，能够实现独立控制，这两个谐振频率分别为垂直极化模式和水平极化模式，所述垂直极化模式是由四脊波导谐振腔的长边和高度共同控制，所述水平极化模式是由四脊波导谐振腔的短边和高度共同控制；所述第一耦合膜片和第二耦合膜片均为十字形结构，分别由水平和垂直两个方向的矩形膜片组成，其中，该水平方向的矩形膜片用来耦合四脊波导谐振腔的垂直极化模式，该垂直方向的矩形膜片用来耦合四脊波导谐振腔的水平极化模式。
2.根据权利要求1所述的一种小型化双频波导滤波器，其特征在于：所述金属腔体为方形金属腔体。
3.根据权利要求1所述的一种小型化双频波导滤波器，其特征在于：所述四脊波导谐振腔的上下和左右均为对称结构。
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