CN203932260U - 波导多工器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多工器，尤其是涉及一种H面的紧凑型双模波导多工器。本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种波导多工器。该多工器的结构使得该多工器加工更简单，公差容易控制，安装方便，特别是调试将非常方便；矩形波导和所有的滤波器都可以采用铣床一次性在底座上的一面整体加工完成，使得多工器的整体调节非常简单。本实用新型包括底座和盖板，矩形波导和至少2个滤波器位于底座内，所述矩形波导和至少2个滤波器上表面位于同一平面，所述矩形波导的一端为矩形波导输入端，矩形波导另一端为矩形波导顶端，所有滤波器的一端沿矩形波导的轴线方向从矩形波导顶端至矩形波导输入端依次与矩形波导的H面耦合，所有的滤波器的另一端为滤波器输出端。

Description

波导多工器

技术领域

本实用新型涉及一种多工器，尤其是涉及一种H面的紧凑型双模波导多工器。

背景技术

波导多工器在卫星通信和点对点通信等领域有重要应用。市场上的波导多工器将由圆柱形双模滤波器沿轴线依次与矩形波导的E面耦合。这种多工器具有以下缺点：1）由于圆柱形双模滤波器为三维立体结构，其又在E面与矩形波导耦合，所以整个结构为复杂的三维立体结构。这种结构使得该多工器的设计非常复杂。 同时，这种多工器需要分成多个部分加工，然后经过繁琐的安装、焊接才能组装完成，加工精度要求高，安装误差不可避免。2）所用的圆柱形双模滤波器的调谐螺钉分布在圆柱的周围，使得多工器的整体调节非常困难。每一个圆柱形双模滤波器必须事先调节好，所有的滤波器安装在一起后还需要再调节。上述过程常常需要反复。3）由于圆柱形双模滤波器所采用的谐振腔为空腔，没有温度补偿措施。在多工器工作环境温差比较大时，频率漂移问题突出。采用铟钢等特殊材料可以在一定程度上改善多工器的温漂问题，但导致材料成本和加工成本陡增。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种准平面结构的紧凑型双模波导多工器。该多工器的结构使得该多工器加工更简单，公差容易控制，安装方便，特别是调试将非常方便；矩形波导1和所有的滤波器2都可以采用普通数控铣床一次性在底座上的一面整体加工完成，使得多工器的整体调节非常简单；进一步的，滤波器通过多个矩形双模谐振腔实现，进一步改善多工器不同通道之间的隔离，降低插入损耗。进一步的，通过增加金属柱，使得该谐振腔的尺寸应该缩小，同时进行温度补偿。

本实用新型采用的技术方案如下：

波导多工器包括一根波导1和至少2个滤波器2，波导1的一端为波导输入端11，另一端为波导顶端12，所有滤波器2的一端沿波导1的轴线方向从波导顶端12至波导输入端11依次与波导1耦合，所有的滤波器2的另一端为滤波器输出端22，所有滤波器2包括至少2个谐振腔21。

进一步的，所述滤波器包括3个以上谐振腔21，所述谐振腔21依次级联，第一级谐振腔21输入端为滤波器输入端，最后一级谐振腔21输出端为滤波器输出端22，所述谐振腔中至少2个是柱状双模谐振腔，所述柱状双模谐振腔的轴线与波导的轴线和滤波器2的轴线垂直，该柱状双模谐振腔的电场最大值处的电场分量的垂直分量大于其水平分量。

进一步的，波导多工器还包括金属柱211，所述滤波器2中至少有一个柱状双模谐振腔内部包括金属柱211，所述金属柱211只与谐振腔21底部相连，金属柱211位于该谐振腔21某一工作模式谐振时电力线集中处。

进一步的，所述金属柱211包括两段以上金属段，金属段沿与谐振腔底部垂直方向依次连接，其中相邻金属段是不同金属材料，所述不同金属材料在25摄氏度时的线膨胀系数相差大于10%。

进一步的，波导多工器还包括至少一个二路功分器，至少有两个同侧相邻的滤波器输出端22被一个二路功分器连接在一起成为一个双工器。所述波导为矩形波导，柱状双模谐振腔数量小于等于谐振腔总数。

进一步的，所有滤波器在矩形波导2的H面与矩形波导2耦合， 或者所有滤波器在矩形波导2的E面与矩形波导耦合。

进一步的，波导多工器还还包括底座和盖板，所述盖板的下表面为平面，所述盖板下端面与底座上端面重合，所述波导多工器的波导1和所有滤波器2位于底座内，所述波导多工器的波导1和所有滤波器2的上表面位于同一平面内。

进一步的，所有相邻谐振腔的高度相同，相邻谐振腔之间通过高度与该谐振腔高度相同的耦合缝连通。

进一步的，当2N个滤波器2交替排列在波导两侧，则波导顶端短路， N= 2,3….,所有滤波器2通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, …,fi,…fN, f1’,f2’,…,fi’,…,fN’, 其中i=1，2…,f1’和fN的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差，滤波器2沿波导的轴线从波导顶端向波导输入端方向的排列，对应的频率顺序为f1,f2, f1’,f2’,f3,f4, f3’,f4’… fN-1，fN, fN-1’，fN’,或者对应的频率顺序为fN’,fN-1’,fN,fN-1,...,f4’,f3’,f4,f3,f2’,f1’,f2,f1；当所述2N个滤波器2交替排列在波导的顶端和两侧，N= 2,3…., 位于波导顶端的滤波器向通带中心频率为f1’的滤波器2一侧弯曲，所有滤波器2通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, …,fi,…fN, f1’,f2’,…,fi’,…,fN’, 其中i=1，2…,f1’和fN的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差，所有滤波器2沿波导的轴线从波导顶端向波导输入端方向排列，对应的频率为f1,f2, f1’,f2’,f3,f4, f3’,f4’…fN-1，fN, fN-1’，fN’或者对应的频率顺序为fN’, fN-1’,fN, fN-1,...,f4’, f3’, f4, f3, f2’, f1’, f2, f1。

进一步的，当2N个滤波器排列在波导的一侧，波导顶端短路， N=2,3…., 所有滤波器2通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, …,fi,…fN, f1’,f2’,…,fi’,…,fN’, 其中f1’和fN的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差，所有滤波器2沿波导的轴线从波导顶端向波导输入端方向排列，对应的频率为 f1, f1’,f2, f2’,f3,f3’,f4, f4’… fN, fN’或者对应的频率顺序为fN’,fN,..., f4’,f4,f3’,f3,f2’,f2,f1’,f1；当所述2N个滤波器2排列在波导的顶端和一侧，N=2,3…., 位于波导1顶端的滤波器向有其余滤波器的波导一侧弯曲，所有滤波器2通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, …,fi,…fN, f1’,f2’,…,fi’,…,fN’, 其中f1’和fN的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差，滤波器2沿波导的轴线从波导顶端向波导输入端11方向排列， 对应的频率为 f1, f1’,f2, f2’,f3,f3’,f4, f4’… fN, fN’,或者对应的频率顺序为fN’,fN,..., f4’,f4,f3’,f3,f2’,f2,f1’,f1。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1） 该波导多工器可以由底座和盖板构成，所述盖板的下表面为平面，为了简化加工程序，降低制造成本，整个波导双工器的较好的设计方案是所有的内腔结构都安排在底座上，然后用一个底面为平面的上盖板从上方加以密封。为了这个目的，构成该多工器的所有结构内部的上表面都位于一个平面内。矩形波导1和所有的滤波器2都可以采用普通数控铣床一次性在底座上的一面整体加工完成。

2） 在滤波器的排列上，首选方案是具有不同频率的滤波器沿矩形波导1的轴线交替排列，而不是简单的依次排列。这种排列使我们能方便地将任意相邻的两个滤波器的输出端结合构成双工器。位于矩形波导1顶端的滤波器2向矩形波导1的一侧弯曲并与同侧相邻的滤波器2的滤波器输出端22，通过一个二路功分器3连接在一起成为一个双工器。

3） 为了使矩形双模谐振腔能紧凑地沿矩形波导1的轴线排列，在谐振腔中设置金属柱，该金属柱211只在底部与该谐振腔相连。为了更有效地降低该双模谐振腔的某一工作模式的谐振频率，同时使谐振腔频率的温度补偿成为可能。因为根据微波谐振腔的微扰理论，在一个谐振腔的某一模式的电力线集中处设置一个金属体，该谐振腔的该模式的谐振频率将降低。同时，谐振腔的形状不变，其结构在三个方向上等比例增大时，所有的模式的谐振频率都会等比例地降低。因此，在双模谐振腔的某一工作模式的电力线集中处设置只在底部与该谐振腔相连的金属柱，该双模谐振腔的该工作模式的形状频率将降低。为了保持该谐振腔的该工作模式的形状频率不变，该谐振腔的尺寸应该缩小。所以，金属柱的加入，将导致双模谐振腔的体积的缩小。

4） 本实用新型的优点在于，可以将国际上通常采用的圆柱双模多工器的立体结构变为平面结构，大大降低加工成本。那里的滤波器上的位于圆柱双模谐振腔四周的调谐螺钉在本实用新型中都可以安排在盖板上，使滤波器的调谐更方便。更重要的是，本实用新型的结构可以使所有的滤波器和多工器作为一体加以调节。圆柱双模谐振腔多工器中常常需要先调节好个滤波器，然后安装，然后调节多工器。有时这种过程需要反复多次。本实用新型采用矩形双模谐振腔，还可以实现滤波器的小型化。更重要的是，在矩形双模谐振腔底部安排若干金属柱，使该双模多工器的温度补偿成为可能。这种方案有可能不需要使用材料价格昂贵的铟钢，实现多工器的温度补偿。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型波导多工器的实施例1结构俯视图。

图2是本实用新型波导多工器的实施例2结构示意图。

图3是本实用新型波导多工器的实施例3结构示意图。

图4是本实用新型波导多工器的实施例4结构示意图。

附图标记：

1-波导 2-滤波器 3-二路功分器

11-波导输入端 12-波导顶端

21-谐振腔 22-滤波器输出端 211-金属柱。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

一、 本实用新型相关说明：

1、 柱状双模谐振腔，指柱状的双模谐振腔。双模谐振腔的水平面形状不随垂直方向改变。

2、 所述滤波器不与矩形波导输入端进行耦合。

3、 所述Min金属柱数=1，Max金属柱数为所有双模谐振腔电力线集中处数量的总和。

4、 水平面，指本文中的纸面。垂直方向，指垂直于本文中纸面的方向

5、 水平分量：指的是平行于水平面的电场分量，垂直分量指的是垂直于水平面的电场分量。

6、 电力线集中处，指谐振腔某工作模式的场分布的电场最大处。

7、 滤波器与矩形波导H面或E面耦合时，滤波器轴线与矩形波导轴线的夹角为任意角。滤波器轴线与矩形波导轴线垂直为最佳。

8、 多工器是用来把覆盖一个较大频率范围的信号频谱分开成为几个较小频率范围的信号或者把几个较小频率范围的信号合成为一个较大频率范围内的信号微波器件。分为邻接的和非邻接的。多工器虽然是由多个滤波器组成，但绝不是简单的组合。每个通道间有相互影响。这种相互影响主要是由于一个矩形波导的滤波器会在另一个矩形波导的滤波器通带里引入较大的电抗，破坏了滤波器原有的通带特性。多工器中滤波器采用集合管式滤波器通常沿管道以四分之一波长的间隔配置以消除每个滤波器的反射。

9、 所述相邻双模谐振腔的高度相同， 二者之间由高度与该双模谐振腔高度相同的耦合缝联通。

10、 柱状双模谐振腔可以矩形双模谐振器腔、圆形双模谐振腔或者椭圆双模谐振腔等。

二、 本实用新型实施例：

实施例一：

如图1所示，为实现上述实用新型目的，本实用新型的波导多工器，包括一根矩形波导1和8个滤波器2。矩形波导1的一端为矩形波导输入端11，另一端为矩形波导短路端12。所有滤波器2的一端沿矩形波导1的轴线方向从矩形波导输入端11至矩形波导顶端12依次与矩形波导1耦合。矩形波导的顶端12短路。所有的滤波器2的另一端为滤波器输出端22。所有滤波器2包括4个谐振腔21。

所有的滤波器2在矩形波导1的H面上与该矩形波导1耦合。该滤波器2上的谐振腔21都为轴线与水平面垂直的矩形结构。每个滤波器2上都所有2个矩形双模谐振腔。在这里，我们选择该矩形双模谐振腔的工作模式为TE102模和TE201模。也可以选定为是TE102模和TE301模。

在滤波器的排列上，我们选择具有不同频率的滤波器沿矩形波导1的轴线交替排列，而不是简单的依次排列。一共有8个滤波器2交替排列在矩形波导1的两侧，其通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, f3, f4, f1’, f2’f3’和f4’。 其中f1’和f4的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差。这些滤波器2沿矩形波导2的轴线从矩形波导短路端12向其矩形波导输入端11方向排列,对应的频率顺序为, f1,f2, f1’,f2’,f3,f4, f3’,f4’。

若矩形双模谐振腔中工作模式为TE102模和TE201模，则设置了四个金属柱211。该金属柱211只在底部与该谐振腔相连。该4个金属柱211在该谐振腔底部的位置分别位于TE102模和TE201模在谐振时的共4个电力线集中处。两个同侧相邻的滤波器2的滤波器输出端22被一个二路功分器3连接， 一共构成了1个双工器；若矩形双模谐振腔工作模式为TE102模和TE301模，则设置5个金属柱211，该金属柱211只在底部与该谐振腔相连。该5个金属柱211在该谐振腔底部的位置分别位于TE102模和TE301模在谐振时的共5个电力线集中处。两个同侧相邻的滤波器2的滤波器输出端22被一个二路功分器3连接， 一共构成1个双工器。

为了简化加工程序，降低制造成本，整个波导双工器的较好的设计方案是所有的内腔结构都安排在底座上，然后用一个底面为平面的上盖板从上方加以密封。为了这个目的，构成该多工器的所有结构内部的上表面都位于一个平面内。

实施例二：图2是本实用新型波导多工器的另一种具体实施方式示意图。

与实施例一相比，实施例2的波导双工器中所有滤波器被安排在矩形波导1的一侧。其余特征与实施例1相同。

实施例三：图3是本实用新型波导多工器的另一种具体实施方式示意图。

与实施例一相比，位于矩形波导1顶端12的滤波器2向矩形波导1的右侧弯曲90度，其输出端22与相邻的滤波器2的滤波器输出端22被一个二路功分器3连接在一起成为一个双工器。

实施例四：如图4所示，与实施例二相比，位于矩形波导1顶端12的滤波器2向矩形波导1的右侧弯曲90度，其输出端22与相邻的滤波器2的滤波器输出端22被一个二路功分器3连接在一起成为一个双工器。

实施例五：所述3个滤波器排列情况为：1）同侧排列；2）其中通带频率最高的滤波器与矩形波导顶端耦合，剩余两个滤波器位于同一侧，所述通带频率最高的滤波器向耦合有其余滤波器的矩形波导一侧弯曲，滤波器通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, f3, 其中滤波器沿矩形波导的轴线从矩形波导顶端向其矩形波导输入端11方向的排列顺序为 f1, f2, f3，所有滤波器通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2,f3。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.波导多工器，其特征在于包括一根波导和至少2个滤波器，波导的一端为波导输入端，另一端为波导顶端，所有滤波器的一端沿波导的轴线方向从波导顶端至波导输入端依次与波导耦合，所有的滤波器的另一端为滤波器输出端，所有滤波器包括至少2个谐振腔。

2.根据权利要求1所述的波导多工器，其特征在于所述滤波器包括3个以上谐振腔，所述谐振腔依次级联，第一级谐振腔输入端为滤波器输入端，最后一级谐振腔输出端为滤波器输出端，所述谐振腔中至少2个是柱状双模谐振腔，所述柱状双模谐振腔的轴线与波导的轴线和滤波器的轴线垂直，该柱状双模谐振腔的电场最大值处的电场分量的垂直分量大于其水平分量。

3.根据权利要求2所述的波导多工器，其特征在于还包括金属柱，所述滤波器中至少有一个柱状双模谐振腔内部包括金属柱，所述金属柱只与谐振腔底部相连，金属柱位于该谐振腔某一工作模式谐振时电力线集中处。

4.根据权利要求3所述的波导多工器，其特征在于所述金属柱包括两段以上金属段，金属段沿与谐振腔底部垂直方向依次连接，其中相邻金属段是不同金属材料，所述不同金属材料在25摄氏度时的线膨胀系数相差大于10%。

5.根据权利要求2所述的波导多工器，其特征在于还包括至少一个二路功分器，至少有两个同侧相邻的滤波器输出端被一个二路功分器连接在一起成为一个双工器, 所述波导为矩形波导，柱状双模谐振腔数量小于等于谐振腔总数。

6.根据权利要求2所述的波导多工器，其特征在于所有滤波器在矩形波导的H面与矩形波导耦合， 或者所有滤波器在矩形波导的E面与矩形波导耦合。

7.根据权利要求2所述的波导多工器，其特征在于还包括底座和盖板，所述盖板的下表面为平面，所述盖板下端面与底座上端面重合，所述波导多工器的波导和所有滤波器位于底座内，所述波导多工器的波导和所有滤波器的上表面位于同一平面内。

8. 根据权利要求1至7之一所述的波导多工器，其特征在于所有相邻谐振腔的高度相同，相邻谐振腔之间通过高度与该谐振腔高度相同的耦合缝连通。

9.根据权利要求1至7之一所述的波导多工器，其特征在于当2N个滤波器交替排列在波导两侧，则波导顶端短路， N= 2,3….,所有滤波器通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, …,fi,…fN, f1’,f2’,…,fi’,…,fN’, 其中i=1，2…,f1’和fN的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差，滤波器沿波导的轴线从波导顶端向波导输入端方向排列，对应的频率顺序为f1,f2, f1’,f2’,f3,f4, f3’,f4’… fN-1，fN, fN-1’，fN’,或者对应的频率顺序为fN’, fN-1’, fN, fN-1,..., f4’, f3’, f4, f3, f2’, f1’, f2, f1；当所述2N个滤波器交替排列在波导的顶端和两侧，N= 2,3…., 位于波导顶端的滤波器向波导的一侧弯曲，所有滤波器通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, …,fi,…fN, f1’,f2’,…,fi’,…,fN’, 其中i=1，2…,f1’和fN的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差，所有滤波器沿波导的轴线从波导顶端向波导输入端方向排列，对应的频率顺序为f1,f2, f1’,f2’,f3,f4, f3’,f4’…fN-1，fN, fN-1’，fN’，或者对应的频率顺序为fN’, fN-1’,fN, fN-1,...,f4’, f3’, f4, f3, f2’, f1’, f2, f1。

10. 根据权利要求1至7之一所述的波导多工器，其特征在于当2N个滤波器排列在波导的一侧，波导顶端短路， N=2,3…., 所有滤波器通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, …,fi,…fN, f1’,f2’,…,fi’,…,fN’,其中i=1，2…,f1’和fN的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差，所有滤波器沿波导的轴线从波导顶端向波导输入端方向排列，对应的频率顺序为 f1, f1’,f2, f2’,f3,f3’,f4, f4’… fN, fN’，或者对应的频率顺序为fN’,fN,..., f4’,f4,f3’,f3,f2’,f2,f1’,f1；当所述2N个滤波器排列在波导的顶端和一侧，N=2,3…., 位于波导1顶端的滤波器向有其余滤波器的波导一侧弯曲，所有滤波器通带的中心频率从高到低排列依次为f1, f2, …,fi,…fN, f1’,f2’,…,fi’,…,fN’, 其中i=1，2…, f1’和fN的频率差大于任意相邻的fi的频率差和任意相邻的fi’的频率差，滤波器沿波导的轴线从波导顶端向波导输入端11方向排列，对应的频率顺序为 f1, f1’,f2, f2’,f3,f3’,f4, f4’… fN, fN’,或者对应的频率顺序为fN’,fN,..., f4’,f4,f3’,f3,f2’,f2,f1’,f1。