CN114709575B - 一种基于支节加载的波导滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及滤波器件技术领域，具体涉及一种基于支节加载的波导滤波器，包括滤波组件，所述滤波组件设置在馈电组件两侧；所述馈电组件为波导负载，所述波导负载的主体结构为直波导；所述滤波组件包括加载于所述主体结构的两侧有不同谐振频率的支节，所述不同谐振频率的支节形成不同频率的带阻滤波器，所述带阻滤波器之间的馈电组件形成带通滤波器。采用带阻谐振器为谐振单元，可以降低通带内的插损，实现窄带，宽带，单频或者多频等性能，具有低插损、优异的带外选择性、低灵敏度和尺寸小等优点，能很好的满足小型化和远程大功率无线系统的需要。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器件技术领域，尤其涉及一种基于支节加载的波导滤波器。
背景技术
波导滤波器因其拥有低插损，高Q值和高功率承载能力，已经广泛应用于移动通信、区域无线网络、卫星通信等要求通信射频前端体积小、重量轻和成本低的无线通信系统。
现行的波导滤波器基本上都是基于带通滤波谐振器为单元进行设计。波导谐振器的无载Q值很高，因此所设计出来的滤波器通常呈现窄带的性能，带宽一般在2％以下。为了提升滤波器的矩形度，通常需要在通带两边产生零点。产生零点的方法一般有交叉耦合、横向拓扑和悬挂谐振器等方式。这些方法会大大增加设计的复杂度并提升器件的灵敏度。
由于低插损、带外抑制强以及小型化的滤波器一直以来都广受研究人员关注。业界内一般采用以下几种方法来产生零点以实现滤波器的高选择性：
第一种是非相邻谐振器之间的交叉耦合，第二种是基于多模谐振器(MMR)的横向拓扑，第三种是提取极点技术。
其中，对于交叉耦合技术而言，产生的零点非常敏感且不易控制，这会降低电气性能。对于MMR技术而言，很难在单个腔内同时激发多个模式，并且MMR之间的耦合相当复杂，对设计人员来说仍然是一个挑战。对于提取极点技术而言，提取极点滤波器可以通过使用旁路耦合或悬空谐振器来产生，并且每个零点都可以独立控制，因为它与谐振器的频率唯一相关。然而，当使用过大的横磁平面谐振器时，整个电路布局会变大。
因此，这些技术都会增加滤波器的设计复杂度和灵敏度，当滤波器需要满足更高频率，包括毫米波或者太赫兹系统的需求时，这无疑会降低滤波器的性能。
发明内容
为解决目前通带两边产生零点时会增加滤波器的设计复杂度和灵敏度的问题，本发明提供了一种基于支节加载的波导滤波器，采用带阻谐振器为谐振单元，可以降低通带内的插损，实现窄带，宽带，单频或者多频等性能，具有低插损、优异的带外选择性、低灵敏度和尺寸小等优点，能很好的满足小型化和远程大功率无线系统的需要。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下的技术方案：
第一方面，在本发明提供的一个实施例中，提供了一种基于支节加载的波导滤波器，包括滤波组件，所述滤波组件设置在馈电组件两侧；
所述馈电组件为波导负载，所述波导负载的主体结构为直波导；所述滤波组件包括加载于所述主体结构的两侧有不同谐振频率的支节，所述不同谐振频率的支节形成不同频率的带阻滤波器，所述带阻滤波器之间的馈电组件形成带通滤波器。
作为本发明的进一步方案，所述滤波组件和所述馈电组件由全金属构造而成。
作为本发明的进一步方案，不同频率的所述带阻滤波器与所述带通滤波器连接形成单频或多频滤波器。
作为本发明的进一步方案，所述带阻滤波器设有悬挂于所述带通滤波器的波导表面的E面支节和H面支节；
当所述波导滤波器为单频滤波器时，所述带通滤波器上形成有两个不同频率的带阻滤波器；
当所述波导滤波器为双频滤波器时，所述带通滤波器上形成有三个不同频率的带阻滤波器；
当所述波导滤波器为N频滤波器时，所述带通滤波器上形成有N+1个不同频率的带阻滤波器。
作为本发明的进一步方案，所述波导负载为WR28波导型号的波导同轴转换器，谐振频率为26.5-40GHz。
作为本发明的进一步方案，所述波导负载的主体结构为一端与WR28波导横截面相等的直波导，所述波导负载的主体结构段形成有至少两种波长。
作为本发明的进一步方案，所述支节内设为空气腔，或者填充介质材料。
作为本发明的进一步方案，所述主体结构的两侧设置的支节的尺寸与谐振频率相对应，相同谐振频率的支节在所述波导负载的两侧表面交织排布。
作为本发明的进一步方案，当所述波导滤波器为单频滤波器时，所述波导滤波器为T阶窄带波导滤波器，所述波导滤波器上产生2T个零点，所述主体结构上加载有2T个支节，所述T阶窄带波导滤波器上支节基于TM120模式谐振。
作为本发明的进一步方案，当所述波导滤波器为双频滤波器时，所述波导滤波器为T阶双频波导滤波器，所述波导滤波器上产生3T个零点，所述主体结构上加载有3T个支节，所述T阶双频波导滤波器上支节基于TM110模式谐振获得宽带宽。
作为本发明的进一步方案，所述波导滤波器为T阶双频波导滤波器时，T个谐振在低阻带，T个谐振在中阻带，T个谐振在高阻带，所述低阻带和中阻带的2T个支节分别在所述波导负载的上下表面交织排布，所述高阻带的T个支节在经过一个波长后进行上下交织排布。
作为本发明的进一步方案，当所述波导滤波器为N频滤波器时，所述波导滤波器为T阶N频波导滤波器，所述波导滤波器上产生(N+1)*T个零点，所述主体结构上加载有(N+1)*T个支节，所述T阶N频波导滤波器上低阻带支节基于TM110模式谐振获得宽带宽，所述T阶N频波导滤波器上其余低阻带基于TM120模式谐振获得窄带宽。
本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
本发明提供了一种基于支节加载的波导滤波器，采用带阻谐振器为谐振单元，可以降低通带内的插损，实现窄带，宽带，单频或者多频等性能，具有低插损、优异的带外选择性、低灵敏度和尺寸小等优点，能很好的满足小型化和远程大功率无线系统的需要，在馈电组件的主体部分的两侧加载各种尺寸不同的支节，通过各种不同尺寸的支节的加载，让谐振在不同的频率以形成不同的阻带，根据阻带的位置不同可以设计单频或者多频的滤波性能。
本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。在附图中：
图1为本发明实施例1的一种基于支节加载的波导滤波器中5阶窄带波导滤波器的结构示意图。
图2为本发明实施例1的一种基于支节加载的波导滤波器中滤波器的仿真性能图。
图3为本发明实施例2的一种基于支节加载的波导滤波器中6阶波导滤波器的结构示意图。
图4为本发明实施例2的一种基于支节加载的波导滤波器中滤波器的仿真性能图。
图5为本发明实施例3的一种基于支节加载的波导滤波器中3阶双频波导滤波器的结构示意图。
图6为本发明实施例3的一种基于支节加载的波导滤波器中滤波器的仿真性能图。
图7为本发明实施例4的一种基于支节加载的波导滤波器中3阶三频波导滤波器的结构示意图。
图8为本发明实施例4的一种基于支节加载的波导滤波器中滤波器的仿真性能图。
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。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
下面将结合本发明示例性实施例中的附图，对本发明示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了提升滤波器的矩形度，通常需要在通带两边产生零点。而目前产生零点的方法一般有交叉耦合、横向拓扑和悬挂谐振器等方式。而这些技术都会增加滤波器的设计复杂度和灵敏度，当滤波器需要满足更高频率，包括毫米波或者太赫兹系统的需求时，这无疑会降低滤波器的性能。
针对目前通带两边产生零点时会增加滤波器的设计复杂度和灵敏度的问题，本发明提供的基于支节加载的波导滤波器，以解决滤波器的设计复杂度和灵敏度的问题。
本申请提供的一种基于支节加载的波导滤波器，包括滤波组件，所述滤波组件设置在馈电组件两侧。其中，所述馈电组件为波导负载，所述波导负载的主体结构为直波导；所述滤波组件包括加载于所述主体结构的两侧有不同谐振频率的支节，所述不同谐振频率的支节形成不同频率的带阻滤波器，所述带阻滤波器之间的馈电组件形成带通滤波器。
在本申请的实施例中，所述滤波组件和所述馈电组件由全金属构造而成。其中，所述馈电组件作为波导滤波器的馈电部分，所述波导负载可以采用WR28波导型号的波导同轴转换器，谐振频率为26.5-40GHz，具有低插损、优异的带外选择性、低灵敏度和尺寸小等优点，能很好的满足小型化和远程大功率无线系统的需要。
在本申请的实施例中，当馈电部分采用WR28波导馈电的方式时，所述波导负载的主体结构为一端与WR28波导横截面相等的直波导，所述波导负载的主体结构段形成有至少两种波长。
在本申请的实施例中，所述波导负载作为馈电部分的结构主体是一段几个波长的WR28横截面大小的直波导，然后在主体部分的两边加载各种尺寸不同的支节。
在本申请的实施例中，所述波导负载的主体结构为一端与WR28波导横截面相等的直波导，所述波导负载的主体结构段形成有至少两种波长。
需要说明的是，所述支节内设为空气腔，或者添加介质材料或导体，支节则作为所述波导滤波器所使用的带阻谐振器，所述支节的尺寸决定了所设计的滤波器的谐振频率，通过各种不同尺寸的支节的加载，单频或者多频的滤波性能都可以设计。
在本申请的实施例中，所述主体结构的两侧设置的支节的尺寸与谐振频率相对应，相同谐振频率的支节在所述波导负载的两侧表面交织排布。
因此，不同频率的所述带阻滤波器与所述带通滤波器连接形成单频或多频滤波器。
在本申请的实施例中，所述带阻滤波器设有悬挂于所述带通滤波器的波导表面的E面支节和H面支节；
当所述波导滤波器为单频滤波器时，所述带通滤波器上形成有两个不同频率的带阻滤波器；
当所述波导滤波器为双频滤波器时，所述带通滤波器上形成有三个不同频率的带阻滤波器；
当所述波导滤波器为N频滤波器时，所述带通滤波器上形成有N+1个不同频率的带阻滤波器。
具体地，下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。
实施例1
当所述波导滤波器为单频滤波器时，所述波导滤波器为T阶窄带波导滤波器，所述波导滤波器上产生2T个零点，所述主体结构上加载有2T个支节，所述T阶窄带波导滤波器上支节基于TM120模式谐振。
参见图1和图2所示，本发明的一个实施例提供一种基于支节加载的波导滤波器，该波导滤波器为5阶窄带波导滤波器，在5阶窄带波导滤波器中一共有十个加载支节，五个谐振在低阻带，五个谐振在高阻带。
所述5阶窄带波导滤波器上支节基于TM120模式谐振，以确保窄带性能。其中，低阻带的五个支节在波导的上下表面交织排布，如实线箭头所示，同理高阻带的五个支节同样交织排布，如虚线箭头所示。
参见图2所示，图2为滤波器的仿真性能图，所述5阶窄带波导滤波器的谐振频率在31.6GHz，有0.56GHz的1-dB带宽，其中，分数带宽为2％。
实施例2
参见图3和图4所示，本发明的一个实施例提供一种基于支节加载的波导滤波器，与实施例1不同的是，本实施例的该波导滤波器为6阶窄带波导滤波器，在6阶窄带波导滤波器中一共有十二个加载支节，六个谐振在低阻带，六个谐振在高阻带。
所述6阶窄带波导滤波器上支节基于TM110模式谐振，来获得更宽的带宽性能。其中，低阻带的六个支节在波导的上下表面交织排布，同理高阻带的六个支节同样交织排布。
参见图4所示，图4为滤波器的仿真性能图，所述6阶窄带波导滤波器的谐振频率在33.4GHz，有3.6GHz的1-dB带宽，其中，分数带宽为10.7％。
实施例3
当所述波导滤波器为双频滤波器时，所述波导滤波器为T阶双频波导滤波器，所述波导滤波器上产生3T个零点，所述主体结构上加载有3T个支节，所述T阶双频波导滤波器上支节基于TM110模式谐振获得宽带宽。
所述波导滤波器为T阶双频波导滤波器时，T个谐振在低阻带，T个谐振在中阻带，T个谐振在高阻带，所述低阻带和中阻带的2T个支节分别在所述波导负载的上下表面交织排布，所述高阻带的T个支节在经过一个波长后进行上下交织排布。
在本实施例中，参见图5所示，所述T阶双频波导滤波器为3阶双频波导滤波器，一共有九个加载支节，三个谐振在低阻带，三个谐振在中阻带，三个谐振在高阻带。所述3阶双频波导滤波器上基于TM110模式谐振，来获得更宽的带宽性能。低阻带和中阻带的六个支节分别在波导的上下表面交织排布。高阻带的三个支节在过了一个波长后自己上下交织排布。
参见图6所示，图6是滤波器的仿真性能图，3阶双频波导滤波器的谐振频率在28GHz和34GHz。
实施例4
当所述波导滤波器为N频滤波器时，所述波导滤波器为T阶N频波导滤波器，所述波导滤波器上产生(N+1)*T个零点，所述主体结构上加载有(N+1)*T个支节，所述T阶N频波导滤波器上低阻带支节基于TM110模式谐振获得宽带宽，所述T阶N频波导滤波器上其余低阻带基于TM120模式谐振获得窄带宽。
在本实施例中，参见图7所示，所述T阶N频波导滤波器为3阶三频波导滤波器，一共有十二个加载支节，三个谐振在低阻带，三个谐振在中低阻带，三个谐振在中高阻带，三个谐振在高阻带。低阻带是基于TM110模式谐振来获得更宽的带外抑制，其他三个阻带均基于TM120模式谐振来获得更窄的带宽。低阻带和中低阻带的六个支节分别在波导的上下表面交织排布。中高阻带和高阻带的六个支节在过了一个波长后分别在波导的上下表面交织排布。
参见图8所示，图8是滤波器的仿真性能图，所述3阶三频波导滤波器的谐振频率在29GHz、32GHz和36GHz。
综上所述，本发明提供了一种基于支节加载的波导滤波器，采用带阻谐振器为谐振单元，可以降低通带内的插损，实现窄带，宽带，单频或者多频等性能，具有低插损、优异的带外选择性、低灵敏度和尺寸小等优点，能很好的满足小型化和远程大功率无线系统的需要，在馈电组件的主体部分的两侧加载各种尺寸不同的支节，通过各种不同尺寸的支节的加载，让谐振在不同的频率以形成不同的阻带，根据阻带的位置不同可以设计单频或者多频的滤波性能。
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)
1.一种基于支节加载的波导滤波器，其特征在于，包括滤波组件，所述滤波组件设置在馈电组件两侧；
所述馈电组件为波导负载，所述波导负载的主体结构为直波导；所述滤波组件包括加载于所述主体结构的两侧有不同谐振频率的支节，所述不同谐振频率的支节形成不同频率的带阻滤波器，所述带阻滤波器之间的馈电组件形成带通滤波器；
其中，所述主体结构的两侧设置的支节的尺寸与谐振频率相对应，相同谐振频率的支节在所述波导负载的两侧表面交织排布；
当所述波导滤波器为单频滤波器时，所述波导滤波器为T阶窄带波导滤波器，所述波导滤波器上产生2T个零点，所述主体结构上加载有2T个支节，所述T阶窄带波导滤波器上支节基于TM120模式谐振；
当所述波导滤波器为双频滤波器时，所述波导滤波器为T阶双频波导滤波器，所述波导滤波器上产生3T个零点，所述主体结构上加载有3T个支节，所述T阶双频波导滤波器上支节基于TM110模式谐振获得宽带宽；
当所述波导滤波器为N频滤波器时，所述波导滤波器为T阶N频波导滤波器，所述波导滤波器上产生（N+1）*T个零点，所述主体结构上加载有（N+1）*T个支节，所述T阶N频波导滤波器上低阻带支节基于TM110模式谐振获得宽带宽，所述T阶N频波导滤波器上其余低阻带基于TM120模式谐振获得窄带宽。
2.如权利要求1所述的基于支节加载的波导滤波器，其特征在于，所述滤波组件和所述馈电组件由全金属构造而成。
3.如权利要求1或2所述的基于支节加载的波导滤波器，其特征在于，不同频率的所述带阻滤波器与所述带通滤波器连接形成单频或多频滤波器。
4.如权利要求3所述的基于支节加载的波导滤波器，其特征在于，所述带阻滤波器设有悬挂于所述带通滤波器的波导表面的E面支节和H面支节；
当所述波导滤波器为单频滤波器时，所述带通滤波器上形成有两个不同频率的带阻滤波器；
当所述波导滤波器为双频滤波器时，所述带通滤波器上形成有三个不同频率的带阻滤波器；
当所述波导滤波器为N频滤波器时，所述带通滤波器上形成有N+1个不同频率的带阻滤波器。
5.如权利要求1所述的基于支节加载的波导滤波器，其特征在于，所述波导负载为WR28波导型号的波导同轴转换器，谐振频率为26.5-40 GHz。
6.如权利要求1或5所述的基于支节加载的波导滤波器，其特征在于，所述波导负载的主体结构为一端与WR28波导横截面相等的直波导，所述波导负载的主体结构段形成有至少两种波长。
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