CN110875506B - 一种紧凑型介质填充波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波导滤波器领域，具体涉及一种紧凑型介质填充波导滤波器，包括壳体，所述壳体内设置有填充材料结构件，所述壳体沿信号传输方向的两端分别设置有用于连接外部器件的馈电部件，所述壳体上设置有若干金属调节柱，若干所述金属调节柱分别从壳体上相对设置的两个面上伸入所述填充材料结构件内，一一对应形成若干相互耦合的谐振器结构，各谐振器之间直接进行耦合，不仅使结构更紧凑，而且有利于通过调整每一级反足成对设置的金属调节柱伸入填充材料结构件的长度，调节各级谐振器的电性能、谐振频率、传输零点、滤波极点和谐振器间的耦合系数，使该结构的介质填充波导滤波器适用范围更广，能够满足于不同频率波段的低损耗传输。

Description

一种紧凑型介质填充波导滤波器

技术领域

本发明涉及波导滤波器领域，具体涉及一种紧凑型介质填充波导滤波器。

背景技术

滤波器是无线通信系统中不可缺少的选频器件，其中，微波波导滤波器由于其具有大功率、低功耗、高抑制、结构紧凑、性能稳定等优点，被广泛地应用在通信系统中，特别是在卫星通信系统中，当在接收机前端加入微波波导滤波器时，可以在不明显影响整个接收机噪声的情况下，有效抑制接收机中的干扰信号。

但是，传统的微波波导滤波器与其他同轴结构器件的连接过渡结构复杂，尺寸和重量依然较大，而随着卫星通信对滤波器的尺寸和重量要求的日益苛刻，对滤波器的接口方式、尺寸和重量提出了新的需求，因此，如何在保证微波波导滤波器电性能的情况下，减小微波波导滤波器的尺寸和重量、改进接口方式、改进封装方式成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种紧凑型介质填充波导滤波器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种紧凑型介质填充波导滤波器，包括壳体，所述壳体内设置有填充材料结构件，所述壳体沿信号传输方向的两端分别设置有用于连接外部器件的馈电部件，所述壳体上设置有若干金属调节柱，若干所述金属调节柱分别从壳体上相对设置的两个面上伸入所述填充材料结构件内，一一对应形成若干相互耦合的谐振器结构。

本发明的一种紧凑型介质填充波导滤波器，通过在壳体内设置填充材料结构件，形成介质填充波导结构，相比于一般的空气填充波导尺寸更小，结构更紧凑；通过将馈电部件设置在壳体信号传输方向的两端，能够较容易的实现介质填充波导与外部器件的连接，实现馈电部件对介质填充波导的同轴激励，将TEM波转换为介质填充波导中的TE₁₀波，过渡结构简单紧凑；同时，通过将金属调节柱从壳体上相对设置的两个面上插入介质填充波导，使反足成对设置的金属调节柱一一对应构成多级谐振器，各谐振器之间直接进行耦合，不仅使结构更紧凑，而且有利于通过调整每一级反足成对设置的金属调节柱伸入填充材料结构件的长度，调节各级谐振器的电性能、谐振频率、传输零点、滤波极点和谐振器间的耦合系数，使该结构的介质填充波导滤波器适用范围更广，能够满足于不同频率波段的低损耗传输。

作为本发明的优选方案，若干所述金属调节柱伸入所述填充材料结构件的长度不同。通过将金属调节柱调整到合适的尺寸，使每一级反足成对设置的金属调节柱同时产生谐振模式和非谐振模式，谐振模式即TE₂₀波用于产生滤波极点，非谐振模式即TE₁₀波用于产生传输零点，使非谐振模式工作于波导的截止频率以压缩伪相应，通过输入和输出端直接耦合处于截止频率的TE₁₀波，进一步在保证了滤波器的电性能的情况下，有效减少了波导滤波器的尺寸，实现其轻薄化。

作为本发明的优选方案，所述壳体的同一面上，每两个相邻所述金属调节柱之间距离相等和/或不等。使得各反足成对设置的金属调节柱能够形成具有不同电性能的谐振器，进一步扩大该滤波器的适用范围。

作为本发明的优选方案，所述金属调节柱包括相互连接的限位头和立柱体，所述壳体上设置有与所述限位头适配的限位孔。通过限位头与壳体上的限位孔配合，较容易的实现对伸入填充材料结构件的金属调节柱的深度进行限定。

作为本发明的优选方案，所述填充材料结构件上设置有与所述立柱体适配的连接孔。

作为本发明的优选方案，所述连接孔为通孔结构或盲孔结构。通过改变连接孔的结构，使反足成对设置的金属调节柱能够形成满足不同频率的微波低损耗传输，进一步在减小体积的同时提高该滤波器的使用效果。

作为本发明的优选方案，所述馈电部件包括介质连接块和设置在所述介质连接块内的弯针，所述弯针至少部分的与所述金属调节柱平行设置，形成磁耦合激励结构。馈电部件的信号通过弯针以磁耦合的方式传递至介质填充波导内，对介质填充波导进行激励，将TEM波转换为介质填充波导中的TE₁₀波，该过渡结构简单紧凑，在减小滤波器结构、保证滤波器良好工作状态的情况下，还克服了现有技术中波导同轴过渡结构复杂的技术问题。

作为本发明的优选方案，所述填充材料结构件上设置有与所述弯针适配的弯针槽。

作为本发明的优选方案，所述弯针包括相互呈夹角设置的连接段和折弯段，所述连接段穿过所述介质连接块后与外部器件连接，所述折弯段延伸穿过设置在所述壳体上的弯针焊接孔，所述折弯段与所述金属调节柱平行设置。通过呈夹角设置的两段结构式弯针，较容易的实现馈电部件与金属调节柱的磁耦合结构，使馈电部件至介质填充波导的过渡结构更简单。

作为本发明的优选方案，所述壳体沿信号传输方向的两端分别设置有用于安装馈电部件和同轴连接器的同轴端口。在壳体两端设置同轴端口，方便通过直接插入式的结构实现同轴激励的输入输出，便于该滤波器与其他同轴结构的外部器件连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种紧凑型介质填充波导滤波器的有益效果是：

1、通过在壳体内设置填充材料结构件，形成介质填充波导结构，相比于一般的空气填充波导尺寸更小，结构更紧凑；

2、通过将馈电部件设置在壳体信号传输方向的两端，能够较容易的实现介质填充波导与外部器件的连接，实现馈电部件对介质填充波导的同轴激励，将TEM波转换为介质填充波导中的TE₁₀波，过渡结构简单紧凑；

3、通过将金属调节柱从壳体上相对设置的两个面上插入介质填充波导，使反足成对设置的金属调节柱一一对应构成多级谐振器，各谐振器之间直接进行耦合，不仅使结构更紧凑，而且有利于通过调整每一级反足成对设置的金属调节柱伸入填充材料结构件的长度，调节各级谐振器的电性能、谐振频率、传输零点、滤波极点和谐振器间的耦合系数，使该结构的介质填充波导滤波器适用范围更广，能够满足于不同频率波段的低损耗传输；

4、馈电部件的信号通过弯针以磁耦合的方式传递至介质填充波导内，对介质填充波导进行激励，将TEM波转换为介质填充波导中的TE₁₀波，该过渡结构简单紧凑，在减小滤波器结构、保证滤波器良好工作状态的情况下，还克服了现有技术中波导同轴过渡结构复杂的技术问题。

附图说明

图1是本发明的一种紧凑型介质填充波导滤波器的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面的结构示意图；

图3是本发明中所述填充材料结构件的结构示意图；

图4是本发明中所述馈电部件的结构示意图；

图5是实施例2所述一种紧凑型介质填充波导滤波器的仿真效果图；

图6是实施例3的一种紧凑型介质填充波导滤波器的剖面结构示意图；

图7是实施例3所述一种紧凑型介质填充波导滤波器的仿真效果图。

图标：1-壳体，11-限位孔，12-弯针焊接孔，2-填充材料结构件，21-连接孔，22-弯针槽， 3-馈电部件，4-金属调节柱，41-限位头，42-立柱体，5-介质连接块，6-弯针，61-连接段，62-折弯段，7-同轴连接器，8-同轴端口。

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1

如图1-4所示，一种紧凑型介质填充波导滤波器，包括壳体1，所述壳体1内设置有填充材料结构件2，形成介质填充波导结构，所述壳体1沿信号传输方向的两端分别设置有同轴端口8，所述同轴端口8内设置有用于连接外部器件的馈电部件3，所述馈电部件3连接有同轴连接器7，使所述同轴连接器7直接插入壳体1两端，在壳体1两端形成同轴激励结构作为输入输出，同时，所述壳体1上还设置有若干金属调节柱4，所述金属调节柱4包括相互连接的限位头41和立柱体42，所述壳体1上设置有与所述限位头41适配的限位孔11，所述填充材料结构件2上设置有与所述立柱体42适配的连接孔21，所述连接孔21为通孔结构，若干所述金属调节柱4分别从壳体1上相对设置的两个面上伸入所述填充材料结构件2的连接孔21内，一一对应形成若干相互耦合的谐振器结构。

本实施例的一种紧凑型介质填充波导滤波器，采用填充材料结构件2完全填充在壳体1内，使填充材料结构件2受壳体1约束，构成介质填充波导，在壳体1上设置限位孔11，在填充材料结构件2上对应所述限位孔11设置贯穿填充材料结构件2的通孔结构的连接孔21，使T型结构的金属调节柱4的限位头41一侧受壳体1上限位孔11的限制，与限位孔11焊接连接，立柱体42一侧伸入所述连接孔21，多个金属调节柱4以反足成对的方式分布设置，即从壳体1上相对设置的两个面上分别插入金属调节柱4，相邻设置的两个金属调节柱4形成一级以反足成对方式设置的谐振器结构，使可根据工程中的性能指标和外形尺寸，调整金属调节柱4的数量，调整立柱体42伸入介质填充波导结构的深度，调整金属调节柱4的外形尺寸，在介质填充波导上形成多级谐振器，确定滤波器的级数，本实施例附图中以六个金属调节柱4形成三级滤波器为例，可通过调整每一级反足成对设置的金属调节柱4伸入填充材料结构件2的长度，调节各级谐振器的电性能、谐振频率、传输零点、滤波极点和谐振器间的耦合系数，各谐振器之间直接进行耦合，使该结构的介质填充波导滤波器不仅能够较容易的实现介质填充波导与外部器件的连接，实现馈电部件3对介质填充波导的同轴激励，将TEM波转换为介质填充波导中的TE₁₀波，过渡结构简单紧凑，克服现有滤波器同轴过渡结构复杂的技术问题，减小滤波器体积，而且能够通过将金属调节柱4调整到合适的尺寸，使每一级反足成对设置的金属调节柱4同时产生谐振模式和非谐振模式，谐振模式即TE₂₀波用于产生滤波极点，非谐振模式即TE₁₀波用于产生传输零点，使非谐振模式工作于波导的截止频率以压缩伪相应，通过输入和输出端直接耦合处于截止频率的TE₁₀波，使该结构的介质填充波导滤波器适用范围更广，能够满足于不同频率波段的低损耗传输，在保证了滤波器的电性能的情况下，有效减少了波导滤波器的尺寸，实现其轻薄化。

优选的，所述壳体1的同一面上，每两个相邻所述金属调节柱4之间距离不等。通过将从壳体1上同一面上插入填充材料结构件2的金属调节柱4之间距离设置为不相等，进一步的有利于形成具有不同电性能的谐振器，进一步扩大该滤波器的适用范围，可根据实际工程需要，具体调整相邻两金属调节柱4之间的距离，进一步扩大该结构的滤波器的适用范围。

实施例2

如图1-5所示，本实施例的一种紧凑型介质填充波导滤波器，结构与实施例1相同，区别在于：所述馈电部件3包括介质连接块5和设置在所述介质连接块5内的弯针6，所述填充材料结构件2上设置有与所述弯针6适配的弯针槽22，所述弯针6包括相互呈90°设置的连接段61和折弯段62，所述连接段61穿过所述介质连接块5后与外部器件连接，所述折弯段62延伸穿过设置在所述壳体1上的弯针焊接孔12，所述折弯段62与所述金属调节柱4平行设置，形成磁耦合激励结构。

本实施例的一种紧凑型介质填充波导滤波器，优选采用呈90°设置的连接段61和折弯段62组成弯针，将连接段61穿过所述介质连接块5后插入同轴连接器7，所述折弯段62与金属调节柱4平行设置后，延伸插入设置在壳体1上的弯针焊接孔12，将折弯段62端部与弯针焊接孔12焊接连接，使馈电部件3的信号通过弯针6以磁耦合的方式传递至介质填充波导内，对介质填充波导进行激励，本实施例的一种紧凑型介质填充波导滤波器工作时，射频信号由介质填充波导滤波器一端的同轴连接器7输入，经过馈电部件3，将TEM波转换为介质填充波导结构中的TE₁₀波，电磁波逐级通过反足成对的金属调节柱4组成的谐振器，实现低频滤波，再经过馈电部件3，将介质填充波导中的TE₁₀波转换为TEM波，最终由另一端的同轴连接器7输出，该过渡结构简单紧凑，在减小滤波器结构、保证滤波器良好工作状态的情况下，还克服了现有技术中波导同轴过渡结构复杂的技术问题，由于采用了上述的结构，该介质填充波导滤波器的S参数仿真曲线如附图5所示，从附图5中可以看出，上述结构的介质填充波导滤波器能够很好地在21.5GHz~23.8GHz处实现低损耗传输，带宽约为2.3GHz，并且在低于21GHz时能够实现30dB的带外抑制，相较于现有同频率波导滤波器，结构更小，使用效果更好，有效解决了卫星通信系统应用中滤波器的尺寸过大和重量过重、不便连接等问题。

实施例3

如图1-7所示，本实施例的一种紧凑型介质填充波导滤波器，结构与实施例1相同，区别在于：设置在所述填充材料结构件2上的连接孔21为盲孔。

本实施例的一种紧凑型介质填充波导滤波器，优选根据电性能要求调整连接孔21的结构为盲孔，微调连接孔21和限位孔11的位置，调整各金属调节柱4伸入填充材料结构件2的深度，使反足成对设置的金属调节柱4能够形成满足不同频率、带宽的微波低损耗传输的谐振器，进一步在减小体积的同时提高该滤波器的使用效果，该介质填充波导滤波器的S参数仿真曲线如附图7所示，从附图7中可以看出，上述结构的介质填充波导滤波器能够很好地在21.5GHz~24GHz处实现低损耗传输，带宽约为2.5GHz，并且在低于21GHz实现30dB的带外抑制，相较于现有同频率波导滤波器，结构更小，使用效果更好，有效解决了卫星通信系统应用中滤波器的尺寸过大和重量过重、不便连接等问题。

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 (9)

1.一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设置有填充材料结构件，所述壳体沿信号传输方向的两端分别设置有用于连接外部器件的馈电部件，所述壳体上设置有若干金属调节柱，若干所述金属调节柱分别从壳体上相对设置的两个面上伸入所述填充材料结构件内，一一对应形成若干相互耦合的谐振器结构，所述馈电部件包括介质连接块和设置在所述介质连接块内的弯针，所述弯针至少部分的与所述金属调节柱平行设置，形成磁耦合激励结构。

2.如权利要求1所述的一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，若干所述金属调节柱伸入所述填充材料结构件的长度不同。

3.如权利要求1所述的一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，所述壳体的同一面上，每两个相邻所述金属调节柱之间距离相等或不等。

4.如权利要求1所述的一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，所述金属调节柱包括相互连接的限位头和立柱体，所述壳体上设置有与所述限位头适配的限位孔。

5.如权利要求4所述的一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，所述填充材料结构件上设置有与所述立柱体适配的连接孔。

6.如权利要求5所述的一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，所述连接孔为通孔结构或盲孔结构。

7.如权利要求1所述的一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，所述填充材料结构件上设置有与所述弯针适配的弯针槽。

8.如权利要求1所述的一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，所述弯针包括相互呈夹角设置的连接段和折弯段，所述连接段穿过所述介质连接块后与外部器件连接，所述折弯段延伸穿过设置在所述壳体上的弯针焊接孔，所述折弯段与所述金属调节柱平行设置。

9.如权利要求1所述的一种紧凑型介质填充波导滤波器，其特征在于，所述壳体沿信号传输方向的两端分别设置有用于安装馈电部件和同轴连接器的同轴端口。

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