CN114927844B - Ku波段的波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Ku波段的波导滤波器，包括谐振腔体结构，所述谐振腔体结构包括金属材质的谐振结构；所述谐振结构，包括纵向相对面和横向相对面；所述纵向相对面的两个面上间隔设置多个纵向凹槽，形成电容结构，所述纵向凹槽，横向贯通，在横向上设置电容倒角，电容倒角和电容结构共同形成谐振膜片；在同一纵向方向上的两个谐振膜片为一组，对向的两组谐振膜片之间的空间形成谐振腔体；所述横向相对面的两个面形成电感结构，两个面上间隔设置多个横向凹槽，形成电感增强结构，横向凹槽在横向上设置电容倒角，形成电容增强结构。采用上述技术方案，可以实现较为理想的带外抑制，增加高次模出现的频率，降低滤波器的结构复杂度。

Description

Ku波段的波导滤波器

技术领域

本发明涉及波导滤波器技术领域，尤其涉及一种Ku波段的波导滤波器。

背景技术

波导滤波器在通信系统中具有重要的作用，在雷达、遥感、卫星通信、微波毫米波等通信系统中扮演重要角色，其性能对通信系统有直接影响。随着无线通信的快速发展，对滤波器的设计提出了更高的要求，比如：高带外抑制、加工工艺简单和低成本。

对于波导滤波器，由于受到高次模的影响，导致高频部分阻带性能较差，寄生通带随着频率的升高很快出现，且寄生通带距离主通带较近，波导滤波器难以满足现代通信频率复用的要求。

现有技术中，通过多个波导级联抑制高次模式，但由于高次模对于波导低通滤波的影响依然存在，仍然不能达到良好的带外抑制，并且滤波器尺寸较大、加工工艺复杂。

发明内容

发明目的：本发明提供一种Ku波段的波导滤波器，在波导滤波器中设置谐振结构，提高滤波器的低频抑制效果，增加滤波器高次模出现的频率，设置电感增强结构，可以在较少谐振腔体的条件下实现较为理想的带外抑制，并且增加高次模出现的频率，同时电感增强结构和电容增加结构的设置可以缩小滤波器尺寸，降低滤波器的结构复杂度；进一步的，设置各个谐振膜片的传输效率，达到理想的带外抑制效果。

技术方案：本发明提供一种Ku波段的波导滤波器，包括谐振腔体结构，所述谐振腔体结构包括金属材质的谐振结构，所述谐振结构包括电容结构、电容增强结构、电感结构和电感增强结构；所述谐振结构，包括纵向相对面和横向相对面；所述纵向相对面的两个面上间隔设置多个纵向凹槽，形成电容结构，所述纵向凹槽，横向贯通，在横向上设置电容倒角，电容倒角和电容结构共同形成谐振膜片；在同一纵向方向上的两个谐振膜片为一组，对向的两组谐振膜片之间的空间形成谐振腔体；所述横向相对面的两个面形成电感结构，两个面上间隔设置多个横向凹槽，形成电感增强结构，横向凹槽在横向上设置电容倒角，形成电容增强结构。

具体的，所述谐振腔体结构包括8组谐振膜片，形成7个谐振腔体。

具体的，8组谐振膜片的S₂₁ 值按照位置排列顺序分别为0.9898、0.9014、0.7524、0.7223、0.7223、0.7524、0.9014和0.9898。

具体的，还包括输入波导转换结构和输出波导转换结构，分别设置于所述谐振腔体结构的两端。

具体的，还包括同轴波导转换结构和耦合检测口，均设置于输入波导转换结构的输入侧。

具体的，所述谐振膜片的尺寸由HFSS中仿真得到，谐振膜片的截面设置为矩形。

具体的，8组谐振膜片按照位置顺序进行排序，纵向凹槽深度的调整方法为：第一组和第八组谐振膜片进行调整；第二组和第七组谐振膜片进行调整；第三组和第六组谐振膜片进行调整；第四组和第五组谐振膜片进行调整。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：实现较为理想的带外抑制，增加高次模出现的频率，降低滤波器的结构复杂度。

附图说明

图1为本发明提供的波导滤波器的外部示意图；

图2为本发明提供的谐振腔体结构的示意图；

图3为本发明提供的谐振腔体结构的俯视图；

图4为没有设置电感增强结构和电容增强结构的谐振腔体结构的俯视图；

图5为本发明提供的谐振腔体结构与标准波导的口面变换结构的示意图；

图6、图7、图8和图9分别为本发明提供的滤波器的带内S₁₁和S₂₁曲线、低频带外S₂₁曲线、高频带外S₂₁曲线和中频带外S₂₁曲线；

1-纵向凹槽；2-横向凹槽；3-输入波导转换结构；4-输出波导转换结构；5-同轴波导转换结构；6-耦合检测口；7-谐振腔体结构；8-标准口径；9-线性波导口面变换段；10电容结构；11-电容倒角；12-电容增强结构；13-电感增强结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

参阅图1，其为本发明提供的波导滤波器的外部示意图；参阅图2，其为本发明提供的谐振腔体结构的示意图；参阅图3，其为本发明提供的谐振腔体结构的俯视图；参阅图4，其为没有设置电感增强结构13和电容增强结构12的谐振腔体结构的俯视图。

在具体实施中，Ku频段通常下行从10.7至12.75GHz，上行从12.75至18.1GHz。

本发明实施例中，一种Ku波段的波导滤波器，包括谐振腔体结构，所述谐振腔体结构包括金属材质的谐振结构，所述谐振结构包括电容结构10、电容增强结构12、电感结构和电感增强结构13；所述谐振结构，包括纵向相对面和横向相对面；所述纵向相对面的两个面上间隔设置多个纵向凹槽1，形成电容结构10，所述纵向凹槽1，横向贯通，在横向上设置电容倒角11，电容倒角11和电容结构10共同形成谐振膜片；在同一纵向方向上的两个谐振膜片为一组，对向的两组谐振膜片之间的空间形成谐振腔体；所述横向相对面的两个面形成电感结构，两个面上间隔设置多个横向凹槽2，形成电感增强结构13，横向凹槽2在横向上设置电容倒角11，形成电容增强结构12。

参阅图5，本发明提供的谐振腔体结构7与标准波导的口面变换结构的示意图。

本发明实施例中，Ku波段的带通波导滤波器，还包括输入波导转换结构3和输出波导转换结构4，分别设置于所述谐振腔体结构的两端。

在具体实施中，滤波器中采用口径6.8 mm×13.6 mm波导放置谐振腔体结构7，谐振腔体结构7可以提高滤波器的低频抑制效果，同时还可以增加高次模出现的频率。高次模出现的频率提高，进而滤波器的阻带可以增加，由此可以增强滤波器在Ku波段之外的抑制能力。

在具体实施中，本发明中所称的纵向和横向是指相互垂直的两个方向，而不构成对凹槽、电感结构、电容结构和谐振结构表面等组件或结构在特定方向上的限制。

在具体实施中，纵向相对面的第一面和第二面上均分别设置多个纵向凹槽1，第一面和第二面上的凹槽数量相等，并且第一面和第二面上的纵向凹槽1是一一对应的，相对应的两个纵向凹槽1，基本处于同一纵向平面上。

在具体实施中，电容结构10和电容倒角11（电容结构10的加工倒角）组合形成谐振膜片。电容结构10的形成是由上下两个金属平面形成平板形电容。两个谐振膜片同样基本处于同一纵向平面上，可以作为一组谐振膜片。每两组谐振膜片之间的空腔形成一个谐振腔体。

在具体实施中，横向相对面的第一面和第二面上均分别设置多个横向凹槽2，第一面和第二面上的凹槽数量相等，并且第一面和第二面上的横向凹槽2是一一对应的，相对应的两个横向凹槽2，基本处于同一横向平面上。横向凹槽2设置有倒角，倒角可以为圆弧状，形成电容增强结构12。参阅图4，在普通电感结构（横向相对的两个面分别形成波导传输线）的基础上，设置横向凹槽2，横向凹槽2形成电感增强结构13。电感增强结构13和电容增强结构12可以在使用较少谐振腔体、尺寸更为紧凑的情况下，达到高带外抑制，增加高次模出现的频率。

参阅图5，本发明提供的谐振腔体结构7与标准波导的口面变换结构的示意图。

在具体实施中，需要过渡结构（输入波导转换结构3和输出波导转换结构4）实现谐振腔体结构7与标准口径（8）7.9 mm×15.8 mm的过渡，过渡结构包括线性波导口面变换段9。

本发明实施例中，所述谐振腔体结构包括8组谐振膜片，形成7个谐振腔体。

在具体实施中，在谐振腔体结构中，共8组谐振膜片，形成7个谐振腔体，每2组谐振膜片可以形成一个谐振腔体。谐振腔体的数量为7，能够以较少的腔体数量，达到理想的带外抑制效果，Ku波段的带外抑制水平达到-50db。

本发明实施例中，S₂₁ 值表示传输效率，具体指一个端口（腔体）到另一个端口（腔体）的传输效率。

本发明实施类中，8组谐振膜片的S₂₁ 值按照位置排列顺序分别为0.9898、0.9014、0.7524、0.7223、0.7223、0.7524、0.9014和0.9898。

在具体实施中，为了达到理想的带外抑制效果，即带外抑制水平达到-50db，计算得到7个谐振腔体的滤波器对应的M矩阵，其中不为0的位置的值如表1所示。

表1：

由滤波器M矩阵，根据公式得到归一化散射矩阵，公式如下：

，

其中，FBW表示滤波器的相对带宽，λ_g0表示中心频率的波长，λ₀表示中心频率对应的自由空间的波长。K_0,1为归一化散射矩阵K的第一行第一列位置对的值，M_0,1为M矩阵的第一行第一列位置处的值，K_j,j+1为K矩阵j+1行j+1列位置处的值，M_j,j+1为M矩阵第j+1行j+1列位置处的值。

在具体实施中，将散射矩阵值转化为每组谐振膜片的S₂₁值，计算公式如下：

，

在具体实施中，计算得到的每组谐振膜片对应的S₂₁值，即为本发明实施例中提供的S₂₁值，其中0.9898、0.9014、0.7524、0.7223、0.7223、0.7524、0.9014和0.9898为最优取值。

本发明实施例中，Ku波段的带通波导滤波器，还包括同轴波导转换结构5和耦合检测口6，均设置于输入波导转换结构3的输入侧。

在具体实施中，同轴波导转换结构5用于不同传输介质之间的信号传输，耦合检测口6用于检测输入的信号能量。

本发明实施例中，谐振膜片的尺寸由HFSS（High Frequency StructureSimulator）中仿真得到，谐振膜片的截面设置为矩形。

在具体实施中，根据每组谐振膜片的S₂₁值，可以进行仿真计算。为了便于生产加工，将谐振膜片设置为矩形。

本发明实施例中，8组谐振膜片按照位置顺序进行排序，纵向凹槽1深度的调整方法为：第一组和第八组谐振膜片进行调整；第二组和第七组谐振膜片进行调整；第三组和第六组谐振膜片进行调整；第四组和第五组谐振膜片进行调整。

在具体实施中，为了进一步实现较为理想的带外抑制能力，可以对纵向凹槽1的深度进行调整。由于7个谐振腔体是对称的，例如第一个和第七个是一样的，第二个和第六个是一样的，以此类推，并且在位置上处于更外侧的谐振膜片对抑制能力的影响更大，因此可以先调整外侧的谐振膜片，再调整内侧的谐振膜片。

参阅图6、图7、图8和图9，在具体实施中，从图6、图7、图8和图9可以看出，本发明提供的Ku波段滤波器具有良好的带外抑制能力，并且尺寸较小，结构较为简单，易于加工生产。

Claims (7)

1.一种Ku波段的波导滤波器，其特征在于，包括谐振腔体结构，所述谐振腔体结构包括金属材质的谐振结构，所述谐振结构包括电容结构、电容增强结构、电感结构和电感增强结构；

所述谐振结构，包括纵向相对面和横向相对面；

所述纵向相对面的第一面和第二面上均分别设置多个纵向凹槽，第一面和第二面上的凹槽数量相等，并且第一面和第二面上的纵向凹槽是一一对应的，相对应的两个纵向凹槽，处于同一纵向平面上，纵向凹槽形成电容结构，所述纵向凹槽，横向贯通，在横向上设置电容倒角，电容倒角和电容结构共同形成谐振膜片；

在同一纵向方向上的两个谐振膜片为一组，对向的两组谐振膜片之间的空间形成谐振腔体；

所述横向相对面的两个面形成电感结构，两个面上间隔设置多个横向凹槽，形成电感增强结构，横向凹槽在横向上设置电容倒角，形成电容增强结构。

2.根据权利要求1所述的Ku波段的波导滤波器，其特征在于，所述谐振腔体结构包括8组谐振膜片，形成7个谐振腔体。

3.根据权利要求2所述的Ku波段的波导滤波器，其特征在于，8组谐振膜片的S₂₁ 值按照位置排列顺序分别为0.9898、0.9014、0.7524、0.7223、0.7223、0.7524、0.9014和0.9898。

4.根据权利要求3所述的Ku波段的波导滤波器，其特征在于，还包括输入波导转换结构和输出波导转换结构，分别设置于所述谐振腔体结构的两端。

5.根据权利要求4所述的Ku波段的波导滤波器，其特征在于，还包括同轴波导转换结构和耦合检测口，均设置于输入波导转换结构的输入侧。

6.根据权利要求3所述的Ku波段的波导滤波器，其特征在于，所述谐振膜片的尺寸由HFSS中仿真得到，谐振膜片的截面设置为矩形。

7.根据权利要求6所述的Ku波段的波导滤波器，其特征在于，8组谐振膜片按照位置顺序进行排序，纵向凹槽深度的调整方法为：第一组和第八组谐振膜片进行调整；第二组和第七组谐振膜片进行调整；第三组和第六组谐振膜片进行调整；第四组和第五组谐振膜片进行调整。

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