CN110364795A - 一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，包括：输入端口、垂直耦合部和输出端口；所述垂直耦合部包括：在标准波导的设定位置，沿标准波导的高度方向垂直设置若干耦合片，所述耦合片沿标准波导宽度方向的两端分别设有设定长度的缺口；所述耦合片将波导在高度方向上分割为多个谐振器，各谐振器之间通过耦合片上的缺口进行垂直耦合；所述耦合片与输入端口和输出端口之间分别通过渐变的楔体结构完成波导到谐振器之间的阻抗匹配。本发明减少了可能通过该耦合片耦合的寄生模的数量，大大减小了存在于通带附近的寄生通带，提高了波导滤波器的高频处的带外抑制特性。

Description

一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
传统的波导滤波器尺寸往往较大，尤其是在使用时往往阶数比较高(≥3阶)，相比有源器件及平面滤波器，体积往往较大，不利于系统的小型化。同时，由于耦合的波导滤波器往往由于众多寄生模的存在及耦合，高频带外特性较差。
带通滤波器能够在选择所需信号的同时对其他频段的信号进行抑制，提高信号的信噪比，在通信系统中应用十分广泛。随着现代无线通信系统朝着小型化等方向发展，因此要求系统中的滤波器拥有小型化、良好的带外抑制等特性。空气波导滤波器具有高功率容量、选择性高等优点，并且能够截止低频信号，应用十分广泛，但是往往尺寸较大，同时由于众多寄生模的存在，导致其高频处的带外抑制特性较差。基片集成波导虽然能够实现波导滤波器的平面化、小型化，但是需要周期化的过孔，增加了加工的难度，同时牺牲了一部分功率容量。
现有的波导滤波器多是采用E面或者H面耦合，整体结构较大，十分不利于系统的小型化，同时由于寄生模的存在，高频处很容易出现寄生通带，带外抑制特性较差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，能够解决波导滤波器小型化及良好带外抑制等难题。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，包括：输入端口、垂直耦合部和输出端口；所述垂直耦合部包括：在标准波导的设定位置，沿标准波导的高度方向垂直设置若干耦合片，所述耦合片沿标准波导宽度方向的两端分别设有设定长度的缺口；所述耦合片将波导在高度方向上分割为多个谐振器，各谐振器之间通过耦合片上的缺口进行垂直耦合；所述耦合片与输入端口和输出端口之间分别通过渐变的楔体结构完成波导到谐振器之间的阻抗匹配。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)由于采用的是多层耦合片将波导分割为多个垂直耦合的腔体，不增加滤波器的平面尺寸，整体结构紧凑；同时由于减小了谐振腔的高度来减小可能存在于通带附近的寄生模，一方面谐振器之间通过耦合片上的微小缝隙进行磁耦合，减少了可能通过该耦合片耦合的寄生模的数量，两者结合起来，大大减小了存在于通带附近的寄生通带，提高了波导滤波器的高频处的带外抑制特性。
(2)通过采用楔体渐变结构将标准波导过度到滤波器的谐振器，具有阻抗匹配，改善传输特性的功能。
(3)与传统的波导滤波器相比，本发明采用多层耦合片和渐变楔体等结构实现滤波器设计，尺寸紧凑，同时滤波器高频处的带外抑制良好。
附图说明
图1为垂紧凑型垂直耦合带通波导滤波器立体结构示意图；
图2为垂紧凑型垂直耦合带通波导滤波器侧视图；
图3为实施例一中仿真结果示意图；
其中，1.输入端口，2.输出端口，3.输入阻抗匹配楔体，4.输出阻抗匹配楔体，5.第一耦合窗口，6.第二耦合窗口，7.第一耦合片，8.第二耦合片，9.第三耦合片，10.第一谐振腔，11.第二谐振腔，12.第三谐振腔，13.第四谐振腔，14.第三耦合窗口，15.第四耦合窗口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
随着精密波导机械加工及硅基MEMS加工等波导加工工艺的手段提升及发展，微波毫米波器件及系统逐渐朝着立体化方向飞速发展，这同样给滤波器的设计带来了更高的自由度。
在一个或多个实施方式中，公开了一种新型的紧凑型垂直耦合的波导带通滤波器，如图1所示，包括：输入端口1部分、垂直耦合部分和输出端口2部分。
其中，垂直耦合部分包括：在标准波导的高度方向上加载多个耦合薄片，将波导在高度方向上分割为多个谐振器，每一个耦合薄片在标准波导宽度方向上的两侧均设有一定长度的缺口，各谐振器之间通过耦合片上的缺口进行垂直耦合。
各耦合片的大小一致，耦合片上的缺口大小根据谐振器之间的耦合系数大小进行调整。
参照图2，通过第一耦合片7、第二耦合片8和第三耦合片9，将标准波导的高度方向分割成了第一谐振腔10、第二谐振腔11、第三谐振腔12和第四谐振腔13；
各谐振器之间通过第一耦合片7、第二耦合片8和第三耦合片9两侧分别设置的第三耦合窗口14和第四耦合窗口15，实现垂直耦合。
由于谐振器的高度减小，谐振器的基模附近的寄生模数量减小，同时又采用了微小缝隙进行谐振器之间的耦合，进一步减少了可能会通过该耦合窗口耦合的寄生模的数量，大大改善滤波器的高频处带外抑制特性，并保持滤波器的整体尺寸紧凑。
参照图2中的输入阻抗匹配楔体3结构和输出阻抗匹配楔体4结构，输入端口1部分到谐振器之间以及输出端口2部分到谐振器之间分别通过渐变的楔体结构完成波导到谐振器之间的阻抗匹配，并利于输入输出标准波导和谐振器之间的耦合，该部分楔体的长度和高度可以根据需要进行灵活调整，进一步减小整体滤波器的长度。通过采用楔体渐变结构将标准波导过度到滤波器的谐振器，具有阻抗匹配，改善传输特性的功能。
输入端口1部分和谐振器之间的耦合，以及输出端口2与谐振器之间的耦合主要通过在输入、输出端口2部分与谐振器之间开窗耦合完成；参照图1和图2，在输入端口1部分与谐振器之间设置设定长度的缺口，即第一耦合窗口5；在输出端口2部分与谐振器之间设置设定长度的缺口，即第二耦合窗口6。
可以根据所需要的波导滤波器的阶数增加耦合片的数量；
输入输出端口2和谐振腔之间的耦合串口、谐振器之间的耦合缝隙、谐振腔的高度和大小可以根据所设计的滤波器的中心频率和带宽进行调节。
对本实施例所提出的紧凑型垂直耦合波导滤波器的特性说明如下：
1、通带：可以根据所需要的滤波器中心频率的大小及带宽来确定谐振腔的高度和大小，根据所需要的滤波器的阶数来确定所需要的耦合片的数量，通过调节耦合窗口(包含输入输出端口2和谐振器之间的耦合、谐振器之间的垂直耦合)的大小来调节带宽；
2、带外抑制：一方面通过减小谐振腔的高度来减小可能存在于通带附近的寄生模，一方面谐振器之间通过耦合片上的微小缝隙进行磁耦合，减少了可能通过该耦合片耦合的寄生模的数量，两者结合起来，大大减小了存在于通带附近的寄生通带，提高了波导滤波器的高频处的带外抑制特性。
3、紧凑性：由于谐振器之间采用垂直耦合，所以整体尺寸紧凑。
为进一步说明本实施例波导滤波器的特性，按照图2所示波导滤波器结构进行实际滤波器设计，滤波器阶数为4阶，中心频率为75GHz，带宽为2GHz，输入输出为标准波导WR-10，耦合片厚度0.1mm，耦合缝隙大小为0.8mm*0.12mm，输入输出端口2与谐振器的耦合窗口为0.35*1.2mm,谐振器的高度为0.35mm,第一和第四谐振器的长宽分别为2.77mm*2.54mm，第二和第三谐振器的长宽分别为3mm*2.54mm，最终仿真结果如图3所示，可以看到，滤波器在高频处保持一个良好的带外抑制，从通带附近开始至150G处带外抑制大于60dB,超过一个倍频程的带外抑制特性良好，很好的验证本实施例波导滤波器的先进性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，其特征在于，包括：输入端口、垂直耦合部和输出端口；所述垂直耦合部包括：在标准波导的设定位置，沿标准波导的高度方向垂直设置若干耦合片，所述耦合片沿标准波导宽度方向的两端分别设有设定长度的缺口；所述耦合片将波导在高度方向上分割为多个谐振器，各谐振器之间通过耦合片上的缺口进行垂直耦合；所述耦合片与输入端口和输出端口之间分别通过渐变的楔体结构完成波导到谐振器之间的阻抗匹配。
2.如权利要求1所述的一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，其特征在于，所述楔体结构的长度和高度根据需要进行调整。
3.如权利要求1所述的一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，其特征在于，标准波导输入、输出端口与谐振器之间通过开设设定长度的缺口实现耦合。
4.如权利要求1所述的一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，其特征在于，根据所需要的波导滤波器的阶数设置耦合片的数量。
5.如权利要求1所述的一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，其特征在于，标准波导输入、输出端口和谐振腔之间的耦合串口、谐振器之间的耦合缝隙、谐振腔的高度和大小根据所设计的波导滤波器的中心频率和带宽进行调节。
6.如权利要求1所述的一种紧凑型垂直耦合带通波导滤波器，其特征在于，各耦合片的大小一致，耦合片上的缺口大小根据谐振器之间的耦合系数大小进行调整。
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