CN114008852A - 波导带阻滤波器装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及波导带阻滤波器装置(1)，其适于在滤波器接口(11)处被连接到波导传输线(2)，其中，波导传输线(2)适于主传播延伸(P)。带阻滤波器装置(1)包括第一空腔对(3，4)，其中，第一对中的每个空腔(3，4)即每个第一对空腔(3，4)包括对应的感性第一对孔装置(5，6)，感性第一对孔装置(5，6)适于将对应的第一对空腔(3，4)连接到波导传输线(2)。第一对空腔(3，4)沿着与主传播延伸(P)相垂直的堆叠延伸(S)被彼此相邻地定位，以使得第一对空腔(3，4)共享第一公共壁(7)并且适于被定位为与波导传输线(2)相邻。第一空腔对(3，4)包括在第一公共壁(7)中的将第一对空腔(3，4)相互连接的第一容性孔装置(8)。

Description

波导带阻滤波器装置

技术领域

本公开涉及一种适于在滤波器接口处被连接到波导传输线的波导带阻滤波器装置。

背景技术

尽管过去几十年在微波工程领域取得了令人瞩目的进展，但波导组件的重要作用仍然无可争议，这是由于它们的低损耗和高功率能力性能。

波导带阻滤波器被广泛用于通信系统中以抑制不需要的信号。理想的带阻滤波器应当具有广泛的无杂散传输性能和良好的匹配。理论上，这可以借助于直接耦合的带阻滤波器来实现。实际上，关于在开源中使用波导空腔来实现这种滤波器的信息很少。大多数带阻滤波器使用沿着主传输线以四分之一波长间隔放置的一系列带阻空腔，即，所谓的提取空腔滤波器。

因为共振器之间的间隔与四分之一波长变压器成比例，所以使用提取空腔导致滤波器体积庞大。在相对大的频带上调谐这些滤波器是复杂的，甚至可能是不可能的，因为提取空腔的分散耦合无法使用调谐螺钉进行补偿。因此，滤波器被设计用于特定频率，并且在从该频率被调低时将变得更窄带。显然，如果需要大频率范围内的可调性，则这是一个限制因素。

在Richard J.Camerun、Chandra M.Kudsia和Raafat R.Mansour的论文“Microwave Filters for Communication Systems(用于通信系统的微波滤波器)”(Wiley-Interscience、A John Wiley&Sons,Inc.,Publication，2007年)中公开了直接耦合带阻滤波器的设计示例。与提取空腔滤波器相比，这是更紧凑的设计，但是在窄调谐范围方面具有类似的局限性。这是由于共振空腔被耦合到波导的宽壁，导致耦合控制受到相同的限制。

空腔被耦合到主波导的窄壁的直接耦合带阻滤波器的实际实现导致这些空腔之间的强耦合，这是由于它们的相应耦合膜片(irises)产生的局部模式所致。这种耦合是寄生的，即无意的并且无法被控制，并且因此无法实现反射零点的任意放置/定位。此外，任何不可控的耦合都限制了滤波器的可调性范围。

因此，需要提供一种使用空腔而没有上述缺点的直接耦合带阻滤波器装置。

发明内容

本公开的目标是提供一种使用空腔而没有先前讨论的缺点的直接耦合带阻滤波器装置。

借助于一种适于在滤波器接口处被连接到波导传输线的波导带阻滤波器装置来实现该目标，其中，所述波导传输线适于主传播延伸。所述带阻滤波器装置包括第一空腔对，其中，所述第一对中的每个空腔即每个第一对空腔包括对应的感性第一对孔装置，所述感性第一对孔装置适于将对应的第一对空腔连接到所述波导传输线。所述第一对空腔沿着与所述主传播延伸相垂直的堆叠延伸被彼此相邻地定位，以使得所述第一对空腔共享第一公共壁并且适于被定位为与所述波导传输线相邻。所述第一空腔对包括在所述第一公共壁中的将所述第一对空腔相互连接的第一容性孔装置。

这提供了紧凑尺寸的波导带阻滤波器装置，从而允许反射零点的任意定位，并且由于对当前电磁耦合的增强控制而在具有稳定阻带宽度的相对宽的频率范围内提供可调性。通常，直接耦合带阻滤波器比其他类型的带阻滤波器具有更好的宽带性能。

根据一些方面，能够添加任意数量的空腔对。通常，根据一些方面，所述带阻滤波器装置还包括至少一个其他空腔对，其中，每个其他空腔对被连接到位于所述其他空腔对与所述滤波器接口之间的相邻的空腔对。其他对中的每个空腔即每个其他对空腔包括对应的感性其他对孔装置，所述感性其他对孔装置适于经由对应的公共对间壁将所述对应的其他对空腔连接到对应的相邻空腔。所述其他对空腔沿着堆叠方向被彼此相邻地定位，以使得所述其他对空腔共享另一个公共壁，并且所述其他空腔对包括在所述另一个公共壁中的将所述其他对空腔相互连接的另一个容性孔装置。

这意味着能够添加任意数量的空腔对。

根据一些方面，至少一个空腔对包括被布置在对应的公共壁中的互补孔装置，其中，每个互补孔装置包括至少一个调谐螺钉。

以这种方式，实现对当前电磁耦合的增强控制。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本公开，在附图中：

图1示出了波导阻带滤波器和波导传输线的第一简化透视图；

图2示出了波导阻带滤波器和波导传输线的第二简化透视图；

图3示出了波导阻带滤波器和波导传输线的示意性顶视图；

图4示出了图3的横截面；以及

图5示出了波导阻带滤波器的传输和反射特性。

具体实施方式

现在将在以下参考附图更全面地描述本公开的各方面。但是，本文公开的不同设备、系统、计算机程序和方法可以以多种不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文阐述的各方面。附图中的相同编号始终指相同的元件。

本文使用的术语仅用于描述本公开的各方面，而并非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文明确地另有所指。

参考示出了波导阻带滤波器和波导传输线的简化透视图的图1和图2，示出了波导阻带滤波器和波导传输线的示意性顶视图的图3，以及示出了图3的横截面的图4，存在公知类型的波导传输线2，其适于在主传播延伸P中传输微波信号，并且例如由金属制成，并包括可以被用空气或合适的介电材料填充的围封空间(enclosure)23。

还存在波导带阻滤波器1，其在滤波器接口11处被连接到波导传输线2并且包括第一空腔对3、4，第一空腔对3、4又包括第一空腔3和第二空腔4。第一对中的每个空腔3、4(在下面被称为每个第一对空腔3、4)包括对应的感性第一对孔装置5、6，感性第一对孔装置5、6适于在滤波器接口11处将对应的第一对空腔3、4连接到波导传输线2。滤波器接口11在壁部22中形成。

根据本公开，第一对空腔3、4沿着与主传播延伸P相垂直的堆叠延伸S被彼此相邻地定位，根据一些方面，第一空腔3在第二空腔4之上，以使得它们共享第一公共壁7并且适于被定位为与波导传输线2相邻。第一空腔对3、4包括在第一公共壁7中的将第一对空腔3、4相互连接的第一容性孔装置8。

根据一些方面，带阻滤波器1包括一个或多个其他空腔对，在下面将描述第二空腔对9、10，但如图3中的虚线21所示，可以存在远离波导传输线2而延伸的任何数量的其他空腔对。

第二空腔对9、10(包括第二空腔9和第四空腔11)被连接到第一空腔对3、4。第一空腔对3、4位于第二空腔对9、10与滤波器接口11之间。第二对9、10中的每个空腔(在下面被称为每个第二对空腔9、10)包括对应的感性第二对孔装置12、13，感性第二对孔装置12、13适于经由对应的公共对间壁14将对应的第二对空腔9、10连接到对应的第一对第二空腔。

第二对空腔沿着堆叠方向S被彼此相邻地定位，以使得第二对空腔共享第二公共壁16，并且第二空腔对9、10包括在第二公共壁16中的将第二对空腔9、10相互连接的第二容性孔装置15。

每个孔装置5、6；8、15；12、13被示为包括单个孔，但是当然可以包括多个孔，并且每个孔5、6；8、15；12、13可以具有任何合适的形状。每个孔装置可以被视为膜片开口(irisopening)装置。

对于带阻滤波器1除了第一空腔对3、4之外还包括一个或多个其他空腔对的情况，通常存在至少一个其他空腔对9、10，其中，每个其他空腔对9、10被连接到位于其他空腔对9、10与滤波器接口11之间的相邻的空腔对3、4。其他对中的每个空腔9、10(即，每个其他对空腔9、10)包括对应的感性其他对孔装置12、13，感性其他对孔装置12、13适于经由对应的公共对间壁14将对应的其他对空腔9、10连接到对应的相邻空腔3、4。其他对空腔9、10沿着堆叠方向S被彼此相邻地定位，以使得其他对空腔9、10共享另一个公共壁16，并且其中，其他空腔对9、10包括在另一个公共壁16中的将其他对空腔9、10相互连接的另一个容性孔装置15。

因此，根据本公开的直接耦合滤波器装置利用分布在两个层中的堆叠空腔。除了减小尺寸之外，这允许在耦合到波导传输线的空腔之间引入负耦合，并且减少这些空腔之间的寄生耦合。这提供了一种具有可控耦合的包括两个空腔的构建块，这两个空腔根据一些方面借助于彼此间隔四分之一波长而放置的电感膜片5、6被耦合到波导传输线2。

容性孔装置8、15位于每个空腔对3、4；9、10的中间，并且产生被表示为Mn_{3_4}和Mn_{9_10}的负耦合。这些负耦合是不可控的，因为滤波器结构不允许放置调谐螺钉。为了控制空腔对3、4；9、10之间的耦合，根据一些方面，第一空腔对3、4和第二空腔对9、10包括被布置在对应的公共壁7、16中的对应的互补孔装置17、18。根据一些方面，如图3所示，每个互补孔装置17、18包括至少一个调谐螺钉19、20，以使得可以控制互补孔装置17、18。

互补孔装置17、18的相应贡献被表示为Mp_{3_4}和Mp_{9_10}。

适于在滤波器接口11处将对应的第一对空腔3、4连接到波导传输线2的第一对孔装置5、6中的孔包括用于第一空腔3的孔装置5和用于第二空腔4的另一个孔装置6。在空腔3、4之间存在寄生耦合M_{par3_4}，寄生耦合M_{par3_4}可以通过来自Mn_{3_4}的负贡献被降低到所需级别。

在空腔对3、4；9、10之间的对应的所得到的耦合M_{3_4}和M_{9_10}分别被定义为对应的净总和：

M_{9_10}＝Mn_{9_10}+Mp_{9_10} (1)

M_{3_4}＝Mn_{3_4}+Mp_{3_4}+Mpar_{3_4} (2)

遵循等式(1)和(2)，正负耦合级别被随意地选择。此外，因为(1)以及还有(2)中的贡献者之一可以被控制，所以总值也可以被控制，并且这允许在波导带阻滤波器1被调谐时控制波导带阻滤波器1的带宽。

为了将当前波导带阻滤波器1实现为在相对宽的频带内可调，必须使所有耦合可调/可控并且根据以上所述来减少寄生耦合M_{par3_4}。

针对当前波导带阻滤波器1的仿真结果在下面的图5中示出，其中，反射系数S₁₁使用实线以dB与频率的关系来示出，并且其中，传输系数S₁₂使用虚线以dB与频率的关系来示出。

本公开不限于上述示例，而是可以在所附权利要求的范围内自由变化。例如，波导部件可以由任何合适的材料(例如覆盖有导电层的铝或塑料)来制成。

本公开提供了直接耦合带阻滤波器在波导技术中的实际有意义的实现。根据一些方面，带阻空腔(即，空腔对3、4；9、10)通过孔5、6被耦合到波导传输线的宽侧，孔5、6采取可以彼此间隔四分之一波长被放置的电感膜片的形式。带阻空腔3、4；9、10被布置在两个堆叠层中，这允许引入负耦合并且因此实现对正寄生耦合的补偿。

该带阻滤波器通常包括带阻滤波器装置。

通常，本公开涉及一种波导带阻滤波器装置1，其适于在滤波器接口11处被连接到波导传输线2，该波导传输线2适于主传播延伸P，带阻滤波器装置1包括第一空腔对3、4。第一对中的每个空腔3、4即每个第一对空腔3、4包括对应的感性第一对孔装置5、6，感性第一对孔装置5、6适于将对应的第一对空腔3、4连接到波导传输线2。第一对空腔3、4沿着与主传播延伸P相垂直的堆叠延伸S被彼此相邻地定位，以使得第一对空腔3、4共享第一公共壁7并且适于被定位为与波导传输线2相邻。第一空腔对3、4包括在第一公共壁7中的将第一对空腔3、4相互连接的第一容性孔装置8。

根据一些方面，带阻滤波器装置1还包括至少一个其他空腔对9、10，其中，每个其他空腔对9、10被连接到位于其他空腔对9、10与滤波器接口11之间的相邻的空腔对3、4。其他对中的每个空腔9、10即每个其他对空腔9、10包括对应的感性其他对孔装置12、13，感性其他对孔装置12、13适于经由对应的公共对间壁14将对应的其他对空腔9、10连接到对应的相邻空腔3、4，其中，其他对空腔9、10沿着堆叠方向S被彼此相邻地定位，以使得其他对空腔9、10共享另一个公共壁16。其他空腔对9、10包括在另一个公共壁16中的将其他对空腔9、10相互连接的另一个容性孔装置15。

根据一些方面，至少一个空腔对3，4；9，10包括被布置在对应的公共壁7、16中的互补孔装置17、18，其中，每个互补孔装置17、18包括至少一个调谐螺钉19、20。

Claims (3)

1.一种波导带阻滤波器装置(1)，适于在滤波器接口(11)处被连接到波导传输线(2)，所述波导传输线(2)适于主传播延伸(P)，所述带阻滤波器装置(1)包括第一空腔对(3，4)，其中，所述第一对中的每个空腔(3，4)即每个第一对空腔(3，4)包括对应的感性第一对孔装置(5，6)，所述感性第一对孔装置(5，6)适于将对应的第一对空腔(3，4)连接到所述波导传输线(2)，其中，所述第一对空腔(3，4)沿着与所述主传播延伸(P)相垂直的堆叠延伸(S)被彼此相邻地定位，以使得所述第一对空腔(3，4)共享第一公共壁(7)并且适于被定位为与所述波导传输线(2)相邻，并且其中，所述第一空腔对(3，4)包括在所述第一公共壁(7)中的将所述第一对空腔(3，4)相互连接的第一容性孔装置(8)。

2.根据权利要求1所述的波导带阻滤波器装置，其中，所述带阻滤波器装置(1)还包括至少一个其他空腔对(9，10)，其中，每个其他空腔对(9，10)被连接到位于所述其他空腔对(9，10)与所述滤波器接口(11)之间的相邻的空腔对(3，4)，其中，其他对中的每个空腔(9，10)即每个其他对空腔(9，10)包括对应的感性其他对孔装置(12，13)，所述感性其他对孔装置(12，13)适于经由对应的公共对间壁(14)将所述对应的其他对空腔(9，10)连接到对应的相邻空腔(3，4)，其中，所述其他对空腔(9，10)沿着堆叠方向(S)被彼此相邻地定位，以使得所述其他对空腔(9，10)共享另一个公共壁(16)，并且其中，所述其他空腔对(9，10)包括在所述另一个公共壁(16)中的将所述其他对空腔(9，10)相互连接的另一个容性孔装置(15)。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的波导带阻滤波器装置，其中，至少一个空腔对(3，4；9，10)包括被布置在对应的公共壁(7，16)中的互补孔装置(17，18)，其中，每个互补孔装置(17，18)包括至少一个调谐螺钉(19，20)。

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