CN111326838B - 一种基于消逝模的小型化波导滤波器 - Google Patents

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    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure

Abstract

本发明公开了一种基于消逝摸的小型化波导滤波器，包括标准矩形波导、消逝模滤波通道、用于消逝模滤波通道定位的两个销钉以及用于固定消逝模滤波通道与标准矩形波导的四个固定螺丝钉。本发明采用消逝摸滤波通道折叠的设计方法与金属薄片堆叠的实现方式，实现了高阶消逝摸波导滤波器的设计与小型化。其优点是可以助力高频段微波通信系统的小型化、轻量化、集成化、低成本化，而且其加工周期短，多种不同的器件尺寸可以通过设计不同金属片的厚度轻松实现。

Description

一种基于消逝模的小型化波导滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，更具体的说，涉及一种基于消逝模的小型化波导滤波器。
背景技术
伴随着通信系统工作频段的逐步增高，链路对低损耗的波导器件的需求也逐步提升。滤波器作为一种频率选择器件，也在当今的通信系统中向着小型化、轻量化、低成本化的方向发展，因此，小型化易集成的波导滤波器仍是学术界以及工业界的热门研究对象。
为减小波导滤波器的尺寸，徐立公开了一种多枝节耦合的小型化波导滤波器(徐立、王清源，一种小型化波导滤波器，中国发明专利，申请号201810570576，申请日2018.06.05)，通过在主传输线上沿横向并联多级短路枝节，实现整体滤波器的小型化。但是这种结构需要的枝节数量较多，既导致了加工难度与成本的增加，也使得横向尺寸增加，纵向尺寸也受到限制。为实现在增大滤波器阶数时尽量保持器件尺寸小型化的目的，储鹏公开了一种基于凹陷谐振结构的小型化滤波器(储鹏，一种小型化波导滤波器，中国发明专利，申请号201610758831.4，申请日2016.08.30)，输入输出通过探针完成馈电，谐振器的耦合通过不同尺寸的凹陷结构嵌套完成。但是这种结构的尺寸严重受到最外层凹陷结构的限制，同时随着工作频率的增高，凹陷结构的加工与嵌套将难以实现，输入输出的耦合也难以满足通信系统中波导级联的要求。为了减小谐振单元尺寸，优化耦合结构，等人公开了一种基于消逝模的波导滤波器(Corona-Chavez,A.,et al.(2011)."Novel microwave filtersbased on Epsilon Near Zero waveguide tunnels."Microwave and OpticalTechnology Letters 53(8):1706-1710.)，通过消逝模的特性，这种结构的滤波器耦合窗能够实现折叠，但是整体尺寸受到半波长谐振单元的限制，同时，由于无法实现谐振腔之间的交叉耦合，带外抑制相对较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于消逝模的小型化波导滤波器，在实现多阶数的条件下，引入带外传输零点以优化带外抑制度，同时实现结构的小型化、集成化和低成本化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于消逝模的小型化波导滤波器，包括标准矩形波导、消逝模滤波通道、用于消逝模滤波通道定位的两个销钉以及用于固定消逝模滤波通道与标准矩形波导的四个固定螺丝钉，其特征在于：所述消逝模滤波通道由第一消逝模金属片、第二消逝模金属片、第三消逝模金属片、第四消逝模金属片、第五消逝模金属片、第六消逝模金属片、第七消逝模金属片进行堆叠而成；所述的七个消逝模金属片的四个顶角处全部打有用于固定的金属通孔，中部打有用于定位固定的销钉孔。所述的七个消逝模金属片中间位置处分别打有第一导行通道，第二导行通道，第三导行通道，第四导行通道，第五导行通道，第六导行通道，第七导行通道；所述的标准矩形波导的输出端为标准矩形波导法兰盘，四个顶角处打有用于固定的金属通孔；所述的四个固定螺钉与金属片上的金属通孔以及标准法兰盘上金属通孔直径相同；所述的用于定位固定的销钉孔直径与用于消逝模波导通道定位的两个销钉直径相同；通过两个销钉依次穿过七个消逝模金属片上的销钉孔将消逝模金属片位置进行固定形成消逝模滤波通道；四个固定螺钉将消逝模滤波通道固定在标准矩形波导上。
进一步的，所述的第二导行通道、第四导行通道和第六导行通道的长边尺寸为在滤波器通带最低频率处，对应空气填充金属波导在不截止条件下的最小波导长边尺寸；所述的第二导行通道、第四导行通道和第六导行通道的短边尺寸由所需工作带宽决定，工作带宽越宽，短边尺寸越大。
进一步的，第一消逝模金属片的厚度与第二导行通道(221)的短边尺寸一致，第三消逝模金属片的厚度与第四导行通道的短边尺寸一致，第五消逝模金属片的厚度和第六导行通道的短边尺寸一致。
进一步的，七个消逝模金属片的长度尺寸和宽度尺寸与标准矩形波导法兰盘的长度尺寸和宽度尺寸一致。
进一步的，消逝模滤波通道的整体厚度不超过滤波器中心频率对应波导波长的四分之一。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明采用折叠滤波通道结构，具有总体尺寸小的特点，波导消逝模通道的形成方式为：当采用固定螺钉将七个消逝模金属片进行堆叠时，各个消逝模金属片中间的导行通道相互级联，衔接形成空气填充的消逝模波导通道。因此，本发明具有设计简单、低成本、制备周期短的特点。同时，消逝模通道内谐振模式结合了消逝模与法布里珀罗谐振，既增加了滤波器阶数，拓展了滤波器通带带宽，又引入带外零点，优化了带外抑制，从而整体提升了本发明的滤波性能。
(2)本发明是在已经批量化生产使用的标准矩形波导输出法兰盘上通过四个螺丝钉将消逝模滤波通道加载上去，来实现高性能的频率选择。应用推广便捷、成本低、尺寸小，且具有高集成化优点。(3)本发明可以通过更换不同结构的消逝模滤波通道来轻松满足不同的频率选择需求，适用面广泛。
附图说明
图1是本发明的总体结构展开示意图。
图2是本发明所采用的七个消逝模金属片的正视图。
图3是本发明应用在32GHz～33GHz通带时的仿真与测试结果对比。
具体实施方式
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
如图1的总体结构展开示意图所示，一种基于消逝模的小型化波导滤波器，包括标准矩形波导1、消逝模滤波通道2、用于消逝模滤波通道定位的两个销钉3以及用于固定消逝模滤波通道与标准矩形波导的四个固定螺丝钉4。所述消逝模滤波通道2由第一消逝模金属片21、第二消逝模金属片22、第三消逝模金属片23、第四消逝模金属片24、第五消逝模金属片25、第六消逝模金属片26、第七消逝模金属片27进行堆叠而成；
进一步的，如图2的七个消逝模金属片的正视图所示，所述的七个消逝模金属片的四个顶角处全部打有用于固定的金属通孔28，中部打有用于定位固定的销钉孔29；所述的七个消逝模金属片中间位置处分别打有第一导行通道211，第二导行通道221，第三导行通道231，第四导行通道241，第五导行通道251，第六导行通道261，第七导行通道271。
进一步的，所述的标准矩形波导的输出端为标准矩形波导法兰盘11，四个顶角处打有用于固定的金属通孔12；四个固定螺钉4与金属片上的金属通孔28以及标准法兰盘上金属通孔12直径相同；所述的用于定位固定的销钉孔29直径与用于消逝模波导通道定位的两个销钉3直径相同；通过两个销钉3依次穿过七个消逝模金属片上的销钉孔29将消逝模金属片位置进行固定形成消逝模滤波通道2；四个固定螺钉4将消逝模滤波通道2固定在标准矩形波导1上。
进一步的，所述的第二导行通道221、第四导行通道241和第六导行通道261的长边尺寸为在滤波器通带最低频率处，对应空气填充金属波导在不截止条件下的最小波导长边尺寸；所述的第二导行通道221、第四导行通道241和第六导行通道261的短边尺寸由所需工作带宽决定，工作带宽越宽，短边尺寸越大。
进一步的，第一消逝模金属片21的厚度与第二导行通道221的短边尺寸一致，第三消逝模金属片23的厚度与第四导行通道241的短边尺寸一致，第五消逝模金属片25的厚度和第六导行通道261的短边尺寸一致。
进一步的，七个消逝模金属片的长度尺寸和宽度尺寸与标准矩形波导法兰盘的长度尺寸和宽度尺寸一致。
进一步的，消逝模滤波通道的整体厚度不超过滤波器中心频率对应波导波长的四分之一。
为了进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例：一种基于消逝模的小型化波导滤波器，设计的滤波器通带为32GHz～33GHz，带内反射小于-25dB，带外34.5GHz处有一个传输零点。标准矩形波导1的型号为WR-28号标准波导，采用的两个固定销钉3和销钉孔29直径均为0.5mm，采用的四个固定螺丝钉4和金属通孔28直径均为1.6mm。第一消逝模金属片21、第三消逝模金属片23、第五消逝模金属片25以及第七消逝模金属片27的尺寸均为19.1mm*19.1mm*0.5mm，第二消逝模金属片22、第四消逝模金属片24以及第六消逝模金属片26的尺寸均为19.1mm*19.1mm*0.1mm；第一导行通道211第七导行通道271的尺寸均为1mm*4.8mm*0.5mm，第二导行通道221和第六导行通道261的尺寸均为0.5mm*4.8mm*0.1mm，第三导行通道231和第五导行通道251的尺寸为10.1mm*4.8mm*0.5mm，第四导行通道241的尺寸为0.5mm*4.8mm*0.1mm。消逝模滤波通道的厚度为2.3mm，小于滤波通带中心频率对应工作波长的四分之一。仿真结果和测试结果对比如图3所示，带内插入损耗小于1dB，反射系数小于-20dB,带外零点位于34GHz附近,抑制度可达-57dB。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于消逝模的小型化波导滤波器，包括标准矩形波导(1)、消逝模滤波通道(2)、用于消逝模滤波通道定位的两个销钉(3)以及用于固定消逝模滤波通道与标准矩形波导的四个固定螺丝钉(4)，其特征在于：所述消逝模滤波通道(2)由第一消逝模金属片(21)、第二消逝模金属片(22)、第三消逝模金属片(23)、第四消逝模金属片(24)、第五消逝模金属片(25)、第六消逝模金属片(26)、第七消逝模金属片(27)进行堆叠而成；所述的七个消逝模金属片的四个顶角处全部打有用于固定的金属通孔(28)，中部打有用于定位固定的销钉孔(29)；所述的七个消逝模金属片中间位置处分别打有第一导行通道(211)，第二导行通道(221)，第三导行通道(231)，第四导行通道(241)，第五导行通道(251)，第六导行通道(261)，第七导行通道(271)；所述的标准矩形波导的输出端为标准矩形波导法兰盘(11)，四个顶角处打有用于固定的金属通孔(12)；所述的四个固定螺丝 钉(4)与金属片上的金属通孔(28)以及标准法兰盘上金属通孔(12)直径相同；所述的用于定位固定的销钉孔(29)直径与用于消逝模波导通道定位的两个销钉(3)直径相同；通过两个销钉(3)依次穿过七个消逝模金属片上的销钉孔(29)将消逝模金属片位置进行固定形成消逝模滤波通道(2)；四个固定螺丝 钉(4)将消逝模滤波通道(2)固定在标准矩形波导(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于消逝模的小型化波导滤波器，其特征在于：所述的第二导行通道(221)、第四导行通道(241)和第六导行通道(261)的长边尺寸为在滤波器通带最低频率处，对应空气填充金属波导在不截止条件下的最小波导长边尺寸；所述的第二导行通道(221)、第四导行通道(241)和第六导行通道(261)的短边尺寸由所需工作带宽决定，工作带宽越宽，短边尺寸越大。
3.根据权利要求1所述的一种基于消逝模的小型化波导滤波器，其特征在于：第一消逝模金属片(21)的厚度与第二导行通道(221)的短边尺寸一致，第三消逝模金属片(23)的厚度与第四导行通道(241)的短边尺寸一致，第五消逝模金属片(25)的厚度和第六导行通道(261)的短边尺寸一致。
4.根据权利要求1所述的一种基于消逝模的小型化波导滤波器，其特征在于：七个消逝模金属片外轮廓的长度尺寸和宽度尺寸与标准矩形波导法兰盘(11)的长度尺寸和宽度尺寸一致。
5.根据权利要求1所述的一种基于消逝模的小型化波导滤波器，其特征在于：消逝模滤波通道(2)的整体厚度不超过滤波器中心频率对应波导波长的四分之一。
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