CN110828951B - 一种脊波导带通滤波器及滤波结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滤波器领域，具体涉及一种脊波导带通滤波器及滤波结构。本发明提供的脊波导带通滤波器上设有至少两个谐振腔以及向谐振腔中凸出的波导脊。本发明通过上述方案，射频信号由一端的激励端口输入，依次通过各个谐振腔，然后由另一端的激励端口输出，从而实现滤波作用。与现有技术中的普通波导结构相比，本发明通过使用的脊波导结构在凸出部分的电场更加集中，从而实现了滤波器的小型化设计，结构更加紧凑，有效减少了滤波器的重量，由于利用波导作为滤波器的主体结构，使滤波器依然具有较低的损耗。

Description

一种脊波导带通滤波器及滤波结构

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是一种脊波导带通滤波器及滤波结构。

背景技术

毫米波滤波器作为毫米波收发信道的关键器件，被广泛应用于各种毫米波系统中。在卫星通信系统中，为了滤除接收机中的干扰信号得到有用信号，必须在接收机前端加入滤波器。作为接收机射频前端系统的第一级，滤波器的性能好坏直接影响整个接收机的噪声；滤波器的插入损耗直接决定了接收机的接收灵敏度。

波导滤波器由于具有功率容量大，插入损耗小，驻波特性良好，加工精度高，寿命长等优点，被广泛应用于卫星有效载荷系统中。然而，随着卫星通信对滤波器的尺寸和重量要求日益苛刻，对滤波器接口方式、尺寸和重量提出了新的需求，需要滤波器的尺寸和重量尽可能小。因此，在保证波导滤波器电性能的情况下，如何减小滤波器的尺寸和重量，是本领域技术人员需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种脊波导带通滤波器及滤波结构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种脊波导带通滤波器，其上设有至少两个谐振腔，相邻两个谐振腔之间设有用于分隔谐振腔的分隔壁，分隔壁上设有用于使相邻两个谐振腔耦合的耦合窗，分隔壁上还设有向谐振腔中凸出的波导脊；该脊波导带通滤波器两端均设有用于与激励端口相连的连接腔室，连接腔室与谐振腔相通。本发明通过上述方案，在滤波器一端的连接腔室连接一个激励端口，滤波器另一端的连接腔室连接另一个激励端口，射频信号由一端的激励端口输入，依次通过各个谐振腔，然后由另一端的激励端口输出，从而实现滤波作用。与现有技术中的普通波导结构相比，本发明通过使用的脊波导结构在凸出部分的电场更加集中，从而实现了滤波器的小型化设计，结构更加紧凑，有效减少了滤波器的重量，由于利用波导作为滤波器的主体结构，使滤波器依然具有较低的损耗。

作为本发明的优选方案，分隔壁厚度方向上的两侧均设有波导脊。

作为本发明的优选方案，沿谐振腔的排列方向，波导脊的两侧与谐振腔的侧壁之间设有间隙，使得谐振腔呈“工”字形结构。将谐振腔设置成“工”形结构，有利于增加脊波导空间利用率，降低谐振腔的尺寸。

作为本发明的优选方案，脊波导带通滤波器两端均设有端口匹配脊和耦合缝隙，在端口匹配脊处形成端口耦合通道；耦合缝隙一端与连接腔室相通，耦合缝隙另一端与谐振腔通过端口耦合通道连通；耦合缝隙用于与同轴探针适配。

作为本发明的优选方案，脊波导带通滤波器两端均设有焊接孔，端口耦合通道与耦合缝隙通过焊接孔相连。在装配该脊波导带通滤波器时，焊接孔用于实现同轴探针的焊接操作。本发明通过上述结构实现了同轴探针与波导之间的过渡，结构简单，避免了现有技术中波导-同轴过渡结构复杂的弊端，有利于实现滤波器的小型化设计。

作为本发明的优选方案，脊波导带通滤波器包括滤波器腔体和盖板，谐振腔、分隔壁和波导脊设于滤波器腔体上；盖板与滤波器腔体相连。本发明采用上述结构，便于该滤波器的装配。

作为本发明的优选方案，盖板与滤波器腔体焊接相连。采用上述结构，能够保证盖板与滤波器腔体的连接具有足够的气密性。在航天应用中，有利于避免滤波器升空时出现低气压放电效应，从而保证滤波效果不受影响。因此，本发明提供的上述脊波导带通滤波器能够适应恶劣环境下的使用。

作为本发明的优选方案，滤波器腔体上设有金属柱，盖板与滤波器腔体相连时，金属柱位于谐振腔中，且金属柱的顶面与谐振腔的底面之间存在间隙。通过上述结构，由于设置了波导脊，金属柱在插入谐振腔之后，其与波导脊之间的距离较近，从而可以在金属柱与谐振腔侧壁的波导脊之间形成电抗，能够在谐振腔之间提供合适的耦合，从而提高谐振腔的利用率。

作为本发明的优选方案，金属柱的横截面为圆形。

本发明还提供了一种滤波结构，其包括激励端口以及上述的脊波导带通滤波器，该脊波导带通滤波器一端的连接腔室中连接有一个激励端口，脊波导带通滤波器另一端的连接腔室中连接有另一个激励端口。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过上述方案，射频信号由一端的激励端口输入，依次通过各个谐振腔，然后由另一端的激励端口输出，从而实现滤波作用。与现有技术中的普通波导结构相比，本发明通过使用的脊波导结构在突出部分的电场更加集中，从而实现了滤波器的小型化设计，结构更加紧凑，有效减少了滤波器的重量，由于利用波导作为滤波器的主体结构，使滤波器依然具有较低的损耗。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的脊波导带通滤波器的结构示意图。

图2是本发明实施例1提供的滤波器腔体的结构示意图。

图3是本发明实施例1提供的滤波器腔体的俯视图。

图4是本发明实施例1提供的盖板的结构示意图。

图5是本发明实施例1提供的脊波导带通滤波器的剖视图。

图6是本发明实施例1提供的滤波结构的剖视图。

图7为本发明实施例提供的脊波导带通滤波器的S参数仿真曲线。

图标：1-脊波导带通滤波器；11-滤波器腔体；12-盖板；111-连接腔体；112-谐振腔；113-分隔壁；114-波导脊；115-端口匹配脊；116-焊接孔；117-台阶部；118-耦合缝隙；119-耦合窗；1111-端口耦合通道；2-激励端口；21-同轴探针。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

请参阅图1及图5，本发明实施例提供了一种脊波导带通滤波器1，其包括滤波器腔体11和盖板12，在该脊波导带通滤波器1上设有至少两个沿直线方向依次排布的谐振腔112，相邻两个谐振腔112之间设有用于分隔谐振腔112的分隔壁113。

请参阅图2-图5，谐振腔112是这样形成的：在滤波器腔体11上设有多个凹槽，相邻两个凹槽之间即为分隔壁113，当滤波器腔体11与盖板12相连时，即通过多个凹槽与盖板12形成谐振腔112。谐振腔112之间的分隔壁113与盖板12之间具有间隙，该间隙即为耦合窗119。相邻两个谐振腔112通过耦合窗119连通，使得激励信号能够通过耦合窗119依次通过各个谐振腔112。

分隔壁113上设有向谐振腔112中突出的波导脊114，波导脊114的高度小于分隔壁113的高度。波导脊114的两侧与谐振腔112的侧壁之间具有间隙，使得在滤波器腔体11的俯视图上，谐振腔112呈现“工”字形结构。

滤波器腔体11上设有用于与盖板12适配的台阶部117。盖板12与滤波器腔体11通过焊接的方式相连。盖板12上设有金属柱，在盖板12与滤波器相连时，金属柱伸入到谐振腔112中，金属柱侧面与波导脊114之间具有间隙，金属柱的顶面与谐振腔112的底面之间也存在间隙。

在谐振腔112的尺寸较小时，如果仅仅通过金属柱的端面与谐振腔112的底部构成电容，利用该电容的容抗提供耦合系数时，则只有在金属柱的端部非常靠近谐振腔112底部时才能够提供满足使用要求的耦合系数，使得加工难度高，难以实现。但本发明实施例中，利用凸设于分隔壁113上的波导脊114，使得在金属柱的侧壁和波导脊114之间也可以形成电抗(容抗和/或感抗)，从而使得金属柱的端部与谐振腔112底部之间的间距能够适当扩大，也可满足使用要求，从而提高了谐振腔112的利用率，并使加工难度降低。

本实施例中，金属柱的横截面呈圆形。在本发明的其他实施方式中，金属柱的横截面也可以采用矩形、三角形等其他形状。

在脊波导带通滤波器1的两端还设有连接腔室，具体的，连接腔室设置在滤波器腔体11两端。连接腔室用于与激励端口2相连。连接于脊波导带通滤波器1一端的激励端口2发送射频信号，通过脊波导带通滤波器1滤波后，射频信号从连接于脊波导带通滤波器1另一端的激励端口2输出。

连接腔室与谐振腔112之间依次设有耦合缝隙118、焊接孔116和端口耦合通道1111，使得连接腔室与谐振腔112连通。

耦合缝隙118设于滤波器腔体11上，用于与激励端口2上的同轴探针21适配。焊接孔116一端与耦合缝隙118连通，另一端贯通至滤波器腔体11的上表面。在滤波器腔体11的两端还设有端口匹配脊115，当滤波器腔体11与盖板12相连时，在端口匹配脊115与盖板12之间形成端口耦合通道1111，端口耦合通道1111一端与焊接孔116连通，另一端与谐振腔112连通。

本发明实施例提供的脊波导带通滤波器1的工作原理在于：

请参阅图6，组装时，将同轴激励端口2设置于连接腔室中，并使同轴探针21位于耦合缝隙118中，然后通过焊接孔116焊接同轴探针21，从而将同轴激励端口2连接在脊波导带通滤波器1上，然后将盖板12覆盖在滤波器腔体11上，通过焊接的方式使盖板12与滤波器腔体11相连，形成滤波结构。具体的，沿盖板12边缘焊接一圈，实现气密；

工作时，从一端的激励端口2发射射频信号，射频信号依次通过端口耦合通道1111、谐振腔112，然后从另一端的激励端口2输出。

本发明实施例提供的脊波导带通滤波器1的有益效果在于：

1.本发明使用的脊波导结构在凸出部分的电场更加集中，从而实现了滤波器的小型化设计，结构更加紧凑，有效减少了滤波器的重量，由于利用波导作为滤波器的主体结构，使滤波器依然具有较低的损耗；

2.本发明实施例提供的脊波导带通滤波器1的盖板12上设置了金属柱，能够通过金属柱与谐振腔112的底壁之间形成等效电容，从而在同样的滤波效果下减小滤波器的长度；

3.通过金属柱与波导脊114结构配合，使金属柱与波导脊114之间形成电抗，在同样的滤波效果下，进一步减小滤波器的尺寸；

4.设置了焊接孔116，可以通过焊接孔116实现对同轴探针21的焊接操作，能够使同轴探针21与滤波器腔体11之间稳定连接，解决了现有技术中同轴-波导过渡结构所存在的结构复杂的问题；

5.通过焊接的方式使盖板12与滤波器腔体11相连，相对于现有技术中螺接的连接方式，能够使结构更为紧凑，且能够达到更好的气密性，较好地适用于卫星通信系统。

请参阅图7，图中，S11表示反射系数，其负值代表回波损耗；S21表示传输系数，其负值代表插入损耗。从图中可以看出，所述脊波导带通滤波器1能够很好地在22.1GHz～23.2GHz处实现低损耗传输，带宽约为1.1GHz，并且在低于21GHz和高于24.2GHz实现50dB的带外抑制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种脊波导带通滤波器，其特征在于，包括滤波器腔体和盖板，所述滤波器腔体上设有谐振腔、分隔壁和波导脊；所述谐振腔至少设有两个，相邻两个所述谐振腔之间设有用于分隔各个所述谐振腔的所述分隔壁，所述分隔壁上设有用于使相邻两个所述谐振腔耦合的耦合窗，所述分隔壁厚度方向上的两侧均设有向所述谐振腔中凸出的所述波导脊；所述波导脊的高度小于分隔壁的高度，所述波导脊的两侧与所述谐振腔的侧壁之间设有间隙；所述脊波导带通滤波器两端均设有连接腔室，所述连接腔室与所述谐振腔相通；所述盖板与所述滤波器腔体相连；所述盖板上设有金属柱，所述盖板与所述滤波器腔体相连时，所述金属柱位于所述谐振腔中，且所述金属柱的顶面与所述谐振腔的底面之间存在间隙，所述金属柱的侧面与所述波导脊之间存在间隙，所述分隔壁与盖板之间具有间隙，所述间隙即为所述耦合窗。

2.根据权利要求1所述的脊波导带通滤波器，其特征在于，所述滤波器腔体两端均设有端口匹配脊和耦合缝隙，在所述端口匹配脊处形成端口耦合通道；所述耦合缝隙一端与所述连接腔室连通，所述耦合缝隙另一端与所述谐振腔通过所述端口耦合通道连通；所述耦合缝隙用于与同轴探针适配。

3.根据权利要求2所述的脊波导带通滤波器，其特征在于，所述滤波器腔体两端均设有焊接孔，所述端口耦合通道与所述耦合缝隙通过焊接孔相连。

4.根据权利要求1所述的脊波导带通滤波器，其特征在于，所述盖板与所述滤波器腔体焊接相连。

5.根据权利要求1所述的脊波导带通滤波器，其特征在于，所述金属柱的横截面为圆形。

6.一种滤波结构，其特征在于，包括激励端口及权利要求1-5中任意一项所述的脊波导带通滤波器；所述脊波导带通滤波器一端的连接腔室中连接有一个激励端口，所述脊波导带通滤波器另一端的连接腔室中连接有另一个激励端口。