CN114069172A - 小型化非接触式低无源互调波导滤波器及设计方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁场与微波技术领域，公开了一种小型化非接触式低无源互调波导滤波器及设计方法、应用，包括滤波器顶盖和滤波器底座，通过非接触电磁屏蔽实现波导结构组装及法兰连接的非接触化，在非接触式的波导槽内设置多组间隙结构的非接触式金属膜片实现带通滤波，同时在波导槽内加载周期性的金属膜片以有效缩减滤波器纵向尺寸。本发明提供了一种针对小型化非接触式低无源互调波导滤波器的一种快速、高效的设计方法，相比现有的波导滤波器，实现了滤波器内部结构、组装、端口等的全面非电接触化，从根本上消除了金属接触非线性，从而获得稳定的低无源互调性能，大幅实现了滤波器的尺寸小型化，适用于各种低无源互调微波毫米波应用系统。

Description

小型化非接触式低无源互调波导滤波器及设计方法、应用

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，尤其涉及一种小型化非接触式低无源互调波导滤波器及设计方法、应用。

背景技术

目前，无源互调(PIM)是微波无源部件及系统在多个大功率载波激励下所产生的一种非线性互调现象，广泛存在于各种微波毫米波部件及系统中，极易对通信系统形成干扰，PIM问题在航天器收发共用通信系统中尤为严重，亟需采取有效的抑制方法。微波无源部件及系统中产生PIM干扰的主要机理包括金属接触非线性和材料非线性，其中材料非线性可以通过选择合适的材料而避免，而接触非线性则普遍存在于各种微波无源结构中。

在大功率微波及天线系统中，电磁信号经功率放大之后往往需要通过滤波器以进一步滤除杂波，如果滤波器自身产生PIM，则PIM产物会混入整个系统形成干扰。此外，在测试系统中，大功率通道上的滤波器，如发射滤波器、负载滤波器等的PIM性能对于整个测试系统的检测能力有着决定性的影响。因此，低PIM滤波器是大功率低PIM微波毫米波系统中的关键部件。而波导滤波器由于功率容量高，更是大功率微波毫米波系统中的常用关键部件。

对于波导滤波器，由于内部功能结构较为复杂，通常难以实现一体化加工制造。在滤波器的制造过程中，通常采用结构切割分别制造，然后通过螺钉连接、焊接等方式完成滤波器组装，从而产生很多金属接触结构。由于结构本身特征以及电镀工艺、粗糙度、脏污、界面材料过渡等多种因素，这些金属接触结构在实际中无法实现理想的电接触状态，在接触界面上容易形成各种微观不良电接触结构，极易产生金属接触非线性，从而导致无源互调干扰。

为控制滤波器的PIM干扰，现有技术主要集中于尽量减小电接触面积、减少电流不连续点、改善电接触状态等，通常需要严格控制材料、加工制造、表面处理工艺，且在装配过程中需要采用高压连接结构配合大量连接螺钉实现接触面紧固连接，使得电接触面接近理想电接触状态，工艺繁琐复杂。此外，现有方法无法从根本上消除滤波器中的金属接触非线性，存在长期可靠性隐患，且在温变及振动环境下，原始接触面的微观接触状态容易被破坏，导致非线性效应增强，更加导致PIM干扰发生。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的传统波导滤波器通常采用结构切割加工再组装的方式，在加工制造、装配过程中极易产生由于不良金属接触所导致的无源互调干扰。

(2)现有的传统波导滤波器，为实现对无源互调干扰的抑制，通常需要复杂严格的材料、制造、表面处理及装配工艺要求，导致设计实现过程繁琐复杂，且无法从根本上消除金属接触非线性，无源互调性能可靠性受限。

解决以上问题及缺陷的难度为：实现滤波器低无源互调设计的关键在于如何高效地抑制滤波器中的金属接触非线性。现有技术中，波导滤波器大多为传统的接触式结构，通过改善接触实现其无源互调抑制存在局限性。如果采用消除金属接触的方式抑制滤波器的无源互调干扰，则需要对滤波器采取全面非接触化设计，在此过程中，如何实现全非接触的同时又具有正常的滤波性能成为关键难点之一。此外，如果采用现有的常规非接触式波导实现波导滤波器，当滤波器的阶数较高时，滤波器尺寸增加，再结合非接触式波导，势必会导致滤波器的体积重量大幅增加，从而难以实际应用，因此，如何实现尺寸小型化的全非接触式低无源互调滤波器是另一个关键难点。以上两个关键难点的解决需要对波导中的电磁场传播理论及非接触电磁屏蔽理论、结构进行深入研究，并提出有效的新方案。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明打破传统波导滤波器的技术常规，提出了一种全新的小型化非接触式低无源互调波导滤波器及其设计方法。通过非接触电磁屏蔽实现了波导组装及法兰连接的非接触化，在非接触波导槽内设置多组间隙结构的非接触式金属膜片实现带通滤波，同时在波导槽内加载周期性的金属膜片实现波导纵向长度的小型化。本发明滤波器设计方法公开了针对该滤波器所提出的一种快速、高效的设计方法。本发明相比现有的波导滤波器，实现了滤波器内部结构、组装、端口等的全面非电接触化，且适用于一体化加工，从而可以从根本上消除金属接触非线性，获得稳定的低无源互调性能，同时大幅缩减了滤波器纵向尺寸，适用于各种低无源互调微波毫米波应用系统。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种小型化非接触式低无源互调波导滤波器及设计方法、应用。

本发明是这样实现的，一种小型化非接触式低无源互调波导滤波器，所述小型化非接触式低无源互调波导滤波器包括：滤波器底座和滤波器顶盖；

所述滤波器底座和滤波器顶盖的宽度相同，均以平板结构为基体；所述滤波器底座和滤波器顶盖的材料为金属或表面具有金属导电特性的材料；

所述滤波器底座的金属平板中心设置有第一波导槽，所述第一波导槽为矩形凹槽状结构，在第一波导槽中设置第一滤波膜片组及周期性金属膜片组；

所述滤波器顶盖的金属平板两侧设置波导金属凸体阵列及波导支撑台，所述滤波器顶盖的金属平板中心设置有第二波导槽，所述第二波导槽中设置有第二滤波膜片组；

第一波导槽的宽度与第二波导槽的宽度相同，第一波导槽相对于滤波器底座金属平板面的法向投影尺寸与第二波导槽相对于滤波器顶盖金属平板面的法向投影尺寸相同；

所述滤波器底座和滤波器顶盖的两端均设置有金属法兰面，所述金属法兰面外侧设置有法兰金属凸体阵列和法兰支撑台；

所述滤波器顶盖安装于滤波器底座上，波导金属凸体阵列与其顶面之上的金属平板面不接触，存在间距，间距尺寸为波导支撑台与波导金属凸体阵列的高度差，构成非接触电磁带隙结构；

所述第一滤波膜片组与第二滤波膜片组间不接触，存在顶面的法向间距。

进一步，所述第一滤波膜片组包括两排高度相同的若干矩形金属柱，两排金属柱分别设置于第一波导槽中靠近两侧壁处，两排金属柱基于第一波导槽的中心轴线相互对称，且金属柱与第一波导槽的侧壁不接触。

进一步，所述周期性金属膜片组包括若干尺寸相同的矩形金属柱，设置于第一波导槽的中心轴线上，位于第一滤波膜片组的两排金属柱中间。

进一步，所述波导金属凸体阵列包括若干个尺寸相同的矩形柱金属凸体，以周期性规则分别排布于滤波器顶盖的金属平板两侧，使得金属平板中间构成第二波导槽。

进一步，所述波导金属凸体阵列包括若干个尺寸相同的矩形柱金属凸体，以上下互补的方式分别任意设置于滤波器底座中第一波导槽和滤波器顶盖中第二波导槽两侧的金属平板上。

进一步，所述第二滤波膜片组包括两排高度相同的若干矩形金属柱，设置于第二波导槽中；第二滤波膜片组相对于第二波导槽底面的法向投影尺寸与第一滤波膜片组相对于第一波导槽底面的法向投影尺寸相同。

进一步，所述波导支撑台设置于滤波器顶盖或滤波器底座的金属平板侧边处，波导支撑台的高度大于波导金属凸体阵列的高度。

进一步，所述法兰金属凸体阵列包括若干个尺寸相同的矩形柱金属凸体，以成行成列规则均匀排布于金属法兰面，所述法兰支撑台设置于金属法兰面上法兰金属凸体阵列的四周，且法兰支撑台的高度大于法兰金属凸体阵列的高度。

本发明的另一目的在于提供一种所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计方法，所述小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计方法包括以下步骤：

步骤一、根据工作频段选择相应规格的普通矩形波导，沿矩形波导底边中心线设置周期性金属膜片组，仿真获得波导色散特性曲线；调整周期性金属膜片组的尺寸参数，使得波导色散特性曲线的主模带宽覆盖滤波器通带；

步骤二、在普通矩形波导内部的两侧壁上设置滤波膜片组，滤波膜片组高度与波导侧壁高度相同；仿真优化滤波膜片组及周期性金属膜片组尺寸参数，获得所需的滤波性能；

步骤三、将滤波膜片组与波导两侧壁分离，并将滤波膜片组由中间任意位置处截断，拆分为第一滤波膜片组和第二滤波膜片组；调整滤波膜片组及周期性金属膜片组尺寸参数，获得所需的滤波性能；

步骤四、设置波导金属凸体阵列尺寸及波导支撑台高度，计算波导金属凸体阵列与其顶面之上的金属平板面所构成的非接触电磁带隙结构的电磁禁带范围；调整波导金属凸体阵列尺寸，使得计算获得的电磁禁带范围覆盖步骤一中波导的主模工作频段；

步骤五、设置法兰金属凸体阵列尺寸及法兰支撑台高度，计算与法兰支撑台表面共面之金属面和法兰金属凸体阵列所构成的非接触电磁带隙结构的电磁禁带范围；调整法兰金属凸体阵列尺寸，使得计算获得的电磁禁带范围覆盖步骤一中波导的主模工作频段；

步骤六、根据步骤四和步骤五中获得的尺寸，构建非接触波导及其非接触法兰，非接触波导包括第一波导槽、第二波导槽、波导金属凸体阵列、波导支撑台；其中，第一波导槽和第二波导槽的宽度等于步骤一中矩形波导宽度，第二波导槽的高度等于波导金属凸体阵列的高度，第一波导槽与波导支撑台的高度之和等于步骤一中波导侧壁高度；

步骤七、根据步骤三中获得的尺寸，在非接触式波导中设置第一滤波膜片组、第二滤波膜片组及周期性金属膜片组，仿真获得滤波性能；优化调整第一滤波膜片组、第二滤波膜片组及周期性金属膜片组尺寸参数，获得所需的滤波性能。

本发明的另一目的在于提供一种所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器在非接触式低无源互调微波毫米波系统中的应用，所述非接触式低无源互调微波毫米波系统中安装有如权利要求1～8任意一项所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明打破传统波导滤波器的技术常规，提出了一种全新的小型化非接触式低无源互调波导滤波器及其设计方法。

本发明小型化非接触式低无源互调波导滤波器通过非接触电磁屏蔽实现了波导组装及法兰连接的非接触化，在非接触波导槽内设置多组间隙结构的非接触式金属膜片实现带通滤波，同时在波导槽内加载周期性的金属膜片实现波导纵向长度的小型化。

本发明滤波器设计方法公开了针对该滤波器所提出的一种快速、高效的设计方法。

本发明实现了波导滤波器内部结构、组装、端口等的全面非电接触化，且适用于一体化加工，可以从根本上消除金属接触非线性，获得稳定的低无源互调性能，同时大幅缩减了滤波器纵向尺寸，适用于各种低无源互调微波毫米波应用系统。

相比现有的传统波导滤波器，本发明在不影响滤波性能的同时实现了滤波器的全面非电接触化，从根本上避免了由于金属接触非线性所导致的无源互调干扰，具有稳定的低无源互调性能；通过对滤波器的全面非电接触化设计，大幅降低了滤波器的材料、制造、表面处理及装配工艺要求，无需特殊的工艺控制要求，常规条件下即可获得稳定的低无源互调性能；相比现有的采用非接触波导所实现的常规波导滤波器，本发明通过间隙式非接触滤波膜片与周期性金属膜片组合，获得优秀的滤波性能及稳定低无源互调性能的同时，大幅实现了滤波器的尺寸小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的小型化非接触式低无源互调波导滤波器的结构示意图；

图中：1、滤波器底座；101、第一波导槽；102、第一滤波膜片组；103、周期性金属膜片组；2、滤波器顶盖；201、第二波导槽；202、第二滤波膜片组；203、波导金属凸体阵列；204、波导支撑台；3、金属法兰面；301、法兰金属凸体阵列；302、法兰支撑台。

图2是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计步骤中，周期性金属膜片组的单个单元模型尺寸及其所加载普通矩形波导的色散特性计算结果；

图3是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计步骤中，在普通矩形波导中设置连续结构滤波膜片组时的尺寸参数及滤波性能仿真结果

图4是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计步骤中，滤波膜片组与波导侧壁分离后的尺寸参数及滤波性能仿真结果；

图5是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计步骤中，在普通矩形波导中设置间隙结构滤波膜片组时的尺寸参数及其滤波性能仿真结果；

图6是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计步骤中，波导金属凸体阵列与滤波器底座金属面所构成的非接触电磁带隙结构的计算模型、尺寸参数及其电磁禁带计算结果；

图7是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计步骤中，法兰金属凸体阵列与其相邻金属面所构成的非接触电磁带隙结构的计算模型、尺寸参数及其电磁禁带计算结果；

图8是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的最终尺寸参数示意图；

图9是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的S参数仿真和实测结果对比；

图10是本发明实施例提供的一种Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的无源互调性能实测结果。

图11是本发明实施例2提供的一种波导金属凸体上下成行互补的小型化非接触式低无源互调波导滤波器的结构示意图。

图12是本发明实施例2提供的一种波导金属凸体上下成列互补的小型化非接触式低无源互调波导滤波器的结构示意图。

图13是本发明实施例2提供的一种波导金属凸体上下随机互补的小型化非接触式低无源互调波导滤波器的结构示意图。

具体实施方式

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种小型化非接触式低无源互调波导滤波器及设计方法、应用，该小型化非接触式低无源互调波导滤波器由滤波器顶盖和底座共同组成，通过非接触电磁屏蔽实现波导结构组装及法兰连接的非接触化。在非接触式的波导槽内设置多组间隙结构的非接触式金属膜片实现带通滤波，同时在波导槽内加载周期性的金属膜片以有效缩减滤波器纵向尺寸。本发明滤波器设计方法公开了针对该滤波器所提出的一种快速、高效的设计方法。本发明相比现有的波导滤波器，实现了滤波器内部结构、组装、端口等的全面非电接触化，从根本上消除了金属接触非线性，从而获得稳定的低无源互调性能，同时大幅实现了滤波器的尺寸小型化，适用于各种低无源互调微波毫米波应用系统。

下面结合附图对本发明作详细的描述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供的小型化非接触式低无源互调波导滤波器包括：滤波器底座1和滤波器顶盖2，二者宽度相同，均以平板结构为基体，其中：

滤波器底座1和滤波器顶盖2的材料为金属或经过化学、物理等方法处理后表面具有金属导电特性的材料；

滤波器底座1的金属平板中心设置第一波导槽101、第一波导槽101为矩形凹槽状结构，在第一波导槽101中设置第一滤波膜片组102及周期性金属膜片组103；

滤波器顶盖2的金属平板两侧设置波导金属凸体阵列203及波导支撑台204，金属平板中心为第二波导槽201，在第二波导槽201中设置第二滤波膜片组202；

第一波导槽101的宽度与第二波导槽201的宽度相同。第一波导槽101相对于滤波器底座1金属平板面的法向投影尺寸与第二波导槽201相对于滤波器顶盖2金属平板面的法向投影尺寸相同；

滤波器底座1和滤波器顶盖2的两端还包括金属法兰面3，在金属法兰面3上设置法兰金属凸体阵列301和法兰支撑台302；

滤波器顶盖2安装于滤波器底座1上，波导金属凸体阵列203与滤波器底座1的金属平板面不接触，存在间距，间距尺寸为波导支撑台204与波导金属凸体阵列203的高度差，构成非接触电磁带隙结构；第一滤波膜片组102与第二滤波膜片组202间不接触，存在顶面的法向间距；组成完整的波导滤波器。

第一滤波膜片组102包括两排高度相同的若干金属柱，分别设置于第一波导槽101中靠近两侧壁处，两排金属柱基于第一波导槽101的中心轴线相互对称，且金属柱与第一波导槽101的侧壁不接触；

周期性金属膜片组103包括若干尺寸相同的矩形金属柱，设置于第一波导槽101的中心轴线上，位于第一滤波膜片组102的两排金属柱中间；

波导金属凸体阵列203包括若干个尺寸相同的矩形柱金属凸体，以周期性规则分别排布于滤波器顶盖2的金属平板两侧，在金属平板中间构成第二波导槽201；

波导金属凸体阵列203也可设置于滤波器底座1中第一波导槽101两侧的金属平板上；

第二滤波膜片组202包括两排高度相同的若干金属柱，设置于第二波导槽201中；第二滤波膜片组202相对于滤波器顶盖2金属平板面的法向投影尺寸与第一滤波膜片组102相对于滤波器底座1金属平板面的法向投影尺寸相同；

波导支撑台204设置于滤波器顶盖2的金属平板侧边处，波导支撑台204的高度大于波导金属凸体阵列203的高度；

波导支撑台204也可设置于滤波器底座1的金属平板侧边处，实现支撑功能即可，使得滤波器组装完成后波导金属凸体阵列203与其顶部上方的金属面不接触即可；

法兰金属凸体阵列301包括若干个尺寸相同的矩形柱金属凸体，以成行成列规则均匀排布于金属法兰面3上，法兰支撑台301设置于金属法兰面3上法兰金属凸体阵列301的四周，且法兰支撑台302的高度大于法兰金属凸体阵列301的高度；

法兰金属凸体阵列301在实际排布于金属法兰面3时，可以根据波导端口尺寸进行尺寸微调，不破坏电磁屏蔽性能即可，使得波导端口间获得更好的阻抗匹配特性；

以实现某Ku频段低无源互调波导带通滤波器为例，对本发明小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计方法进行说明。该滤波器通带范围要求为10.5～12.8GHz，带内驻波要求低于1.25，带外抑制度要求为：13.7GHz处＞50dB，14～15GHz内＞80dB。本发明实施例提供的小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计方法实现如下：

一、根据工作频段选择Ku频段标准WR75矩形波导，沿矩形波导底边中心线设置周期性金属膜片组103，仿真获得波导色散特性曲线。调整周期性金属膜片组103的尺寸参数，如图2所示。选择金属膜片组103的高度为4mm，此时波导色散特性的主模带宽覆盖滤波器通带，且相位常数增加，波导波长降低，因而可有效减小滤波器尺寸。通过设置周期性金属膜片组103，本实施例波导滤波器的纵向尺寸减小超过40％，大幅实现了滤波器的小型化；

二、在普通矩形波导内部的两侧壁上设置滤波膜片组，滤波膜片组高度与波导侧壁高度相同。仿真优化滤波膜片组及周期性金属膜片组103尺寸参数，获得所需的滤波性能。如图3所示，为获得所需的滤波性能，周期性金属膜片103的尺寸也进行了微调，不完全遵循周期性尺寸和排列规则；

三、将滤波膜片组与波导两侧壁分离1.5mm，如图4所示，滤波膜片与波导两侧壁分离前后滤波性能无颠覆性变化；将滤波膜片组由中间位置处截断，拆分为第一滤波膜片组102和第二滤波膜片组202，膜片间隙为0.4mm。调整滤波膜片组及周期性金属膜片组103尺寸参数，获得所需的滤波性能，如图5所示；

四、设置波导金属凸体阵列203尺寸及波导支撑台204高度，计算与波导支撑台204表面共面之金属面和波导金属凸体阵列203所构成的非接触电磁带隙结构的电磁禁带范围。调整波导金属凸体阵列203尺寸，如图6所示，计算获得的电磁禁带范围为8.47GHz至39.16GHz，完全覆盖步骤一中波导的主模工作频段；

五、设置法兰金属凸体阵列301尺寸及法兰支撑台302高度，计算与法兰支撑台302表面共面之金属面和法兰金属凸体阵列301所构成的非接触电磁带隙结构的电磁禁带范围。调整法兰金属凸体阵列301尺寸，如图7所示，计算获得的电磁禁带范围为7.83GHz至34.94GHz，完全覆盖步骤一中波导的主模工作频段；

六、根据步骤四和步骤五中获得的尺寸，构建非接触波导及其非接触法兰，非接触波导包括第一波导槽101、第二波导槽201、波导金属凸体阵列203、波导支撑台204。其中，第一波导槽101和第二波导槽201的宽度等于步骤一中矩形波导宽度，即WR75波导的宽边19.05mm；第二波导槽201的高度等于波导金属凸体阵列203的高度3.5mm；波导支撑台204高度为3.6mm；第一波导槽101高度为5.92mm；第一波导槽101与波导支撑台204的高度之和等于步骤一中波导侧壁高度，即WR75波导的窄边9.52mm；

七、根据步骤三中获得的尺寸，在非接触式波导中设置第一滤波膜片组102、第二滤波膜片组202及周期性金属膜片组103。为降低机械加工实现复杂度，第二滤波膜片组202高度设置为与波导金属凸体203的高度相同，即第二滤波膜片组202高度为3.5mm，膜片间隙为0.4mm，第一滤波膜片组102高度为5.62mm。优化调整第一滤波膜片组102、第二滤波膜片组202及周期性金属膜片组103尺寸参数，如图8所示，在该尺寸下获得所需的滤波性能，如图9所示；

对本实施例中的Ku频段低无源互调波导带通滤波器进行了实物加工和实验测试。滤波器S参数实测与仿真结果吻合很好，如图9所示，实现了所需的滤波性能。对该实施例滤波器进行了3阶及5阶反射式无源互调测试，并与普通滤波器进行对比。单路测试载波功率由10W至100W以10W为步进变化，实测无源互调(PIM)结果如图10所示，相比普通滤波器，本发明实施例的Ku频段小型化非接触式低无源互调波导滤波器的无源互调电平被大幅抑制，降低至接近测试系统残余PIM电平，获得了稳定的低PIM性能。此外，本实施例滤波器相比同频段同性能指标的普通滤波器，其纵向尺寸缩减超过40％，大幅实现了尺寸小型化。本实施例充分验证了本发明技术方案的有效性。

实施例2

如图11-图13所示，一种小型化非接触式低无源互调波导滤波器，至少包括滤波器底座1和滤波器顶盖2，二者宽度相同，均以平板结构为基体，材料为金属或经过化学、物理等方法处理后表面具有金属导电特性的材料；滤波器底座1的金属平板中心设置第一波导槽101、第一波导槽101为矩形凹槽状结构，在第一波导槽101中设置第一滤波膜片组102及周期性金属膜片组103；滤波器顶盖2的金属平板中心设置有第二波导槽201，所述第二波导槽201中设置有第二滤波膜片组202；第一波导槽101的宽度与第二波导槽201的宽度相同。第一波导槽101相对于滤波器底座1金属平板面的法向投影尺寸与第二波导槽201相对于滤波器顶盖2金属平板面的法向投影尺寸相同；第一滤波膜片组102相对于滤波器底座1金属平板面的法向投影尺寸与第二滤波膜片组202相对于滤波器顶盖2金属平板面的法向投影尺寸相同；在第一波导槽101和第二波导槽201两侧的金属平板上分别设置波导金属凸体阵列203，波导支撑台204任意设置于滤波器底座1或滤波器顶盖2的金属平板上，波导支撑台204的高度大于波导金属凸体阵列203的高度；滤波器底座1和滤波器顶盖2的两端还设置有金属法兰面3，在金属法兰面3上设置法兰金属凸体阵列301和法兰支撑台302；滤波器顶盖2安装于滤波器底座1上，波导金属凸体阵列203与其相对的金属平板面不接触，存在间距，间距尺寸为波导支撑台204与波导金属凸体阵列203的高度差，构成非接触电磁带隙结构；第一滤波膜片组102与第二滤波膜片组202间不接触，存在顶面的法向间距；组成完整的波导滤波器。

在本实施例中，波导金属凸体阵列203包括若干尺寸相同的矩形柱金属凸体，分别任意设置于滤波器底座1中第一波导槽101和滤波器顶盖2中第二波导槽201两侧的金属平板上，滤波器底座1和滤波器顶盖2金属平板上的金属凸体满足互补关系即可。滤波器底座1和滤波器顶盖2金属平板上的金属凸体组合后，其整体相对于滤波器底座1或滤波器顶盖2的金属平板面的投影尺寸与实施例1中相同，其所构成的非接触电磁带隙结构的电磁禁带通过全尺寸模型结合物理边界条件计算获得，其他尺寸及设计方法与实施例1相同。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化非接触式低无源互调波导滤波器，其特征在于，所述小型化非接触式低无源互调波导滤波器包括：滤波器底座和滤波器顶盖；

所述滤波器底座和滤波器顶盖的宽度相同，均以平板结构为基体；所述滤波器底座和滤波器顶盖的材料为金属或表面具有金属导电特性的材料；

所述滤波器底座的金属平板中心设置有第一波导槽，所述第一波导槽为矩形凹槽状结构，在第一波导槽中设置第一滤波膜片组及周期性金属膜片组；

所述滤波器顶盖的金属平板两侧设置波导金属凸体阵列及波导支撑台，所述滤波器顶盖的金属平板中心设置有第二波导槽，所述第二波导槽中设置有第二滤波膜片组；

第一波导槽的宽度与第二波导槽的宽度相同，第一波导槽相对于滤波器底座金属平板面的法向投影尺寸与第二波导槽相对于滤波器顶盖金属平板面的法向投影尺寸相同；

所述滤波器底座和滤波器顶盖的两端均设置有金属法兰面，所述金属法兰面外侧设置有法兰金属凸体阵列和法兰支撑台；

所述滤波器顶盖安装于滤波器底座上，波导金属凸体阵列与其顶面之上的金属平板面不接触，存在间距，间距尺寸为波导支撑台与波导金属凸体阵列的高度差，构成非接触电磁带隙结构；

所述第一滤波膜片组与第二滤波膜片组间不接触，存在顶面的法向间距。

2.如权利要求1所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器，其特征在于，所述第一滤波膜片组包括两排高度相同的若干矩形金属柱，两排金属柱分别设置于第一波导槽中靠近两侧壁处，两排金属柱基于第一波导槽的中心轴线相互对称，且金属柱与第一波导槽的侧壁不接触。

3.如权利要求1所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器，其特征在于，所述周期性金属膜片组包括若干尺寸相同的矩形金属柱，设置于第一波导槽的中心轴线上，位于第一滤波膜片组的两排金属柱中间。

4.如权利要求1所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器，其特征在于，所述波导金属凸体阵列包括若干个尺寸相同的矩形柱金属凸体，以周期性规则分别排布于滤波器顶盖的金属平板两侧，使得金属平板中间构成第二波导槽。

5.如权利要求1所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器，其特征在于，所述波导金属凸体阵列包括若干个尺寸相同的矩形柱金属凸体，以上下互补的方式分别任意设置于滤波器底座中第一波导槽和滤波器顶盖中第二波导槽两侧的金属平板上。

6.如权利要求1所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器，其特征在于，所述第二滤波膜片组包括两排高度相同的若干矩形金属柱，设置于第二波导槽中；第二滤波膜片组相对于第二波导槽底面的法向投影尺寸与第一滤波膜片组相对于第一波导槽底面的法向投影尺寸相同。

7.如权利要求1所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器，其特征在于，所述波导支撑台设置于滤波器顶盖或滤波器底座的金属平板侧边处，波导支撑台的高度大于波导金属凸体阵列的高度。

8.如权利要求1所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器，其特征在于，所述法兰金属凸体阵列包括若干个尺寸相同的矩形柱金属凸体，以成行成列规则均匀排布于金属法兰面，所述法兰支撑台设置于金属法兰面上法兰金属凸体阵列的四周，且法兰支撑台的高度大于法兰金属凸体阵列的高度。

9.一种如权利要求1～8任意一项所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计方法，其特征在于，所述小型化非接触式低无源互调波导滤波器的设计方法包括以下步骤：

步骤一、根据工作频段选择相应规格的普通矩形波导，沿矩形波导底边中心线设置周期性金属膜片组，仿真获得波导色散特性曲线；调整周期性金属膜片组的尺寸参数，使得波导色散特性曲线的主模带宽覆盖滤波器通带；

步骤二、在普通矩形波导内部的两侧壁上设置滤波膜片组，滤波膜片组高度与波导侧壁高度相同；仿真优化滤波膜片组及周期性金属膜片组尺寸参数，获得所需的滤波性能；

步骤三、将滤波膜片组与波导两侧壁分离，并将滤波膜片组由中间任意位置处截断，拆分为第一滤波膜片组和第二滤波膜片组；调整滤波膜片组及周期性金属膜片组尺寸参数，获得所需的滤波性能；

步骤四、设置波导金属凸体阵列尺寸及波导支撑台高度，计算波导金属凸体阵列与其顶面之上的金属平板面所构成的非接触电磁带隙结构的电磁禁带范围；调整波导金属凸体阵列尺寸，使得计算获得的电磁禁带范围覆盖步骤一中波导的主模工作频段；

步骤五、设置法兰金属凸体阵列尺寸及法兰支撑台高度，计算与法兰支撑台表面共面之金属面和法兰金属凸体阵列所构成的非接触电磁带隙结构的电磁禁带范围；调整法兰金属凸体阵列尺寸，使得计算获得的电磁禁带范围覆盖步骤一中波导的主模工作频段；

步骤六、根据步骤四和步骤五中获得的尺寸，构建非接触波导及其非接触法兰，非接触波导包括第一波导槽、第二波导槽、波导金属凸体阵列、波导支撑台；其中，第一波导槽和第二波导槽的宽度等于步骤一中矩形波导宽度，第二波导槽的高度等于波导金属凸体阵列的高度，第一波导槽与波导支撑台的高度之和等于步骤一中波导侧壁高度；

步骤七、根据步骤三中获得的尺寸，在非接触式波导中设置第一滤波膜片组、第二滤波膜片组及周期性金属膜片组，仿真获得滤波性能；优化调整第一滤波膜片组、第二滤波膜片组及周期性金属膜片组尺寸参数，获得所需的滤波性能。

10.一种如权利要求1～8任意一项所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器在非接触式低无源互调微波毫米波系统中的应用，其特征在于，所述非接触式低无源互调微波毫米波系统中安装有如权利要求1～8任意一项所述的小型化非接触式低无源互调波导滤波器。

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