一種矩形腔脊耦合帶阻濾波器的製作方法

2023-08-05 17:32:01

本發明涉及濾波器，具體地說，是涉及一種利用同軸傳輸線、脊波導與諧振腔耦合構成的一種矩形腔脊耦合帶阻濾波器。

背景技術：

帶阻濾波器在一根封閉的微波傳輸線的側壁上增加一個耦合諧振腔，可以在傳輸線的傳輸曲線上某些頻率產生傳輸零點， 從而阻止這些頻率的信號通過該傳輸線。

目前最常見到的帶阻濾波器包括一根同軸結構的傳輸線和沿該傳輸線軸線排列的若干諧振腔。這些諧振腔在傳輸線一側為開敞結構。通過這些開敞結構實現傳輸線與諧振腔之間的耦合。諧振腔中設有金屬柱，金屬柱的長度可以從濾波器外加以改變，可以同時調節諧振腔的諧振頻率和諧振腔與傳輸線之間的耦合。但是，由於金屬柱插入諧振腔中的深度同時改變諧振腔的諧振頻率和諧振腔與傳輸線之間的耦合，使金屬柱上的外螺紋和位於諧振腔上的螺孔上的內螺紋之間的配合鬆緊選擇帶來困難。如果太松，當螺絲結構鎖緊後，螺杆軸線方向在諧振腔中不確定，會使濾波器微調變得困難。如果太緊將使金屬柱轉動困難，也會使濾波器的調試變得困難。

已有技術的第二個問題，是為了獲得對稱的帶阻響應，理論上需要諧振腔之間傳輸線的電長度為阻帶中心頻率處波長的1/4。在阻帶頻率較低時，要求傳輸線的長度很長，不利於濾波器的小型化。採用調諧螺釘或慢波結構可以部分解決這個問題。但在要求寄生阻帶很遠的情況下，阻帶高端的通帶內的寬帶匹配難以實現。

已有技術中最常用的傳輸線為同軸傳輸線。其中的內導體在整個帶阻濾波器中與其它部分是絕緣的，並需要採用絕緣介質來支撐。這帶來已有技術的第三個問題。絕緣介質是相對較軟的材料，導致同軸線的內導體在器件經受振動時的性能不穩定。 同時，這些用於支撐同軸內導體的介質在器件工作頻率比較高時（比如毫米波頻段）變得非常小。其精密加工成為一個非常困難的技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種加工簡單、調試方便、寄生阻帶遠、結構緊湊的帶阻濾波器。

為達到上述目的，本發明採用的技術方案為：一種矩形腔脊耦合帶阻濾波器，包括至少一個諧振腔、以及與諧振腔內部相通連接的槽線。槽線用於連接與帶阻濾波器外界和連接帶阻濾波器中相鄰的諧振腔。所述諧振腔和槽線內部還貫通設置有金屬線；所述金屬線與所述槽線在至少一個地方直流短路。

較佳的設計，所述金屬線與所述槽線被至少一個金屬脊連通；所述金屬脊只在其底端與槽線的內底面連接。

較佳的設計，槽線和金屬脊的橫截面都為矩形，二者構成脊波導。這時，金屬線貫穿所述脊耦合帶阻濾波器。在諧振腔之間的槽線內，該金屬線與這裡的脊波導的金屬脊的頂部連通，起到對金屬線的支撐作用。這時的諧振腔之間的耦合實際上是通過二者之間的脊波導來實現的。

所述諧振腔至少為兩個，且所述兩相鄰諧振腔通過槽線和金屬線連接，槽線和金屬線構成傳輸線，所述槽線與金屬線可以為曲線狀。即所有連接諧振腔的槽線的終端指向在其始端指向的基礎上可以轉動多達90度。這種排布使我們能夠緊湊地布置所有諧振腔，通過彎曲傳輸線的方法滿足諧振腔之間傳輸線的長度要求。所述槽線與金屬線也可以為直線段。這種排布使我們能夠緊湊地布置所有諧振腔， 並很好地利用器件的對稱型一致傳輸線和諧振腔的高次模的影響。

所述諧振腔內部設置有金屬柱，且所述金屬柱與諧振腔連接。所述金屬柱一般固定在諧振腔底部並只在諧振腔底部與諧振腔壁連接。而且其在諧振腔中的位置和深度不能從諧振腔外加以調節。這種使我們能夠通過銑切機的精密加工使諧振腔的頻率與設計值非常接近，方便採用調諧螺釘完成諧振腔調諧。

所述金屬柱在遠離諧振腔底部的一端還可以設置金屬板。

所述金屬柱在遠離諧振腔底部的一端或/和金屬板在遠離金屬柱的一端設有凹槽。

所述金屬板還可以在其靠近諧振腔內表面的位置連接有增容金屬體。所述凹槽的使用使我們能夠在確定帶阻濾波器阻帶帶寬的前提下，最大限度地縮小金屬柱或金屬板與諧振腔壁的距離，最大限度地增大諧振腔壁和金屬柱的電容加載，從而實現諧振腔的小型化並增大諧振腔的基模和高次模諧振頻率之間的差別。後者將有利於實現遠寄生阻帶的帶阻濾波器。

所述槽線的最大寬度小於相鄰諧振腔最大寬度的50％。

所述諧振腔或/和金屬柱或/和金屬板或/和金屬線的橫截面形狀都為圓形。由於諧振腔、金屬柱和金屬板的圓對稱，使金屬線在金屬柱和金屬板上面通過時可以在水平面上任意轉動角度。這種安排使濾波器的設計在滿足諧振腔之間傳輸線的長度接近1/4波長的限制條件下仍然十分方便。金屬線的橫截面形狀為圓形或矩形使我們可以採用標準的金屬線，以進一步降低濾波器的製造成本。

金屬板的俯視方向投影至少在一個方向上大於金屬柱的俯視方向投影。這種安排使我們能縮小諧振腔的體積，同時增大諧振腔的基模和高次模諧振頻率之間的差別。後者將有利於實現遠寄生阻帶的帶阻濾波器。

金屬柱或設置於金屬柱頂端的金屬板的俯視方向投影至少在一個方向上大於金屬線的俯視方向投影。

本發明的實際應用中，需要在該帶阻濾波器的兩端增加同軸接頭。這時，同軸接頭的外導體與所述槽線的外導體連接。同軸接頭的內導體與與位於所述脊耦合帶阻濾波的輸入端或輸出端的所述諧振腔之外的金屬脊的頂部連接。

為了便於與同軸接頭匹配連接，金屬脊位於相鄰兩個諧振腔之間的槽線中，與所述脊耦合帶阻濾波的輸入端相鄰的諧振腔為鄰端諧振腔A ，鄰端諧振腔A與所述輸入端之間的槽線中不設置所述金屬脊；或者與所述脊耦合帶阻濾波的輸出端相鄰的諧振腔鄰端諧振腔B，鄰端諧振腔B與所述輸出端之間的槽線中不設置所述金屬脊。這時，同軸接頭的內導體與金屬線直接連接。

所述諧振腔設置有與其內部連通的頻率調諧螺釘。該頻率調諧螺釘伸入諧振腔的深度可以從諧振腔外調節，其位置不在金屬線的上方。本發明中，由於諧振腔中的金屬柱或設置於金屬柱頂端的金屬板的俯視方向投影至少在一個方向上大於金屬線的俯視方向投影，頻率調諧螺釘對諧振腔頻率的調諧簡單而有效。

所有諧振腔和所有槽線的上表面為重合的平面，使得該帶阻濾波器可以分為底座和蓋板。除與金屬柱連接的金屬板需要另外加工後焊接在金屬柱上外，其餘底座上的所有其它結構可以通過銑切機加工一次完成。其中的蓋板可以採用標準板材加工而成。這些安排使濾波器的加工簡單，可以有效地降低加工成本。

帶阻濾波器的工作原理如下。

首先，電磁波信號從傳輸線的一端輸入到傳輸線中並沿傳輸線傳輸。當信號遇到諧振腔時，該信號被第一次分配。其中一部分沿傳輸線繼續傳輸，另一部分進入諧振腔中被反射回來， 被第二次分配。分別沿傳輸線傳輸和反射。

在某個頻率，從諧振腔中反射回來沿傳輸線傳輸的信號與第一次分配後沿傳輸線傳輸的信號相位相差180度時，兩部分信號將相互抵消，使得沿傳輸線繼續傳輸的總信號幅度很低。這時，這個頻率的大部分信號沿傳輸線返回而不能沿傳輸線傳輸。這樣的一個諧振腔起到了阻止某些頻率信號通過的作用。沿傳輸線排列的幾個諧振腔使得處於阻帶頻率內的信號更少通過，同時讓處於通帶內的信號更多通過。

採用窄槽線和金屬線構成的傳輸線，可以在保證諧振腔之間傳輸線長度為1/4波長的前提下，通過彎曲這些傳輸線使濾波器結構緊湊。通過採用金屬板，特別是使該金屬板向諧振腔底部彎曲，使諧振腔的體積縮小。通過在金屬柱上端或金屬板上端或者二者之上端同時設置凹槽，可以使金屬柱和金屬板與諧振腔內壁距離很小以實現諧振腔體積最小， 同時可以實現阻帶較寬的帶阻濾波器。這些凹槽的使用，還可以使諧振腔的基模和高次模諧振頻率之間的差別最大化，從而有利於實現遠寄生阻帶的帶阻濾波器。

採用金屬脊代替介質支撐金屬線，利用金屬脊的高通性質，很好地避免了採用介質支撐存在的穩定性問題和高頻率時的加工問題。當然，由於金屬脊將金屬線與槽線內表面直流短路，本發明的帶阻濾波器的通帶不能工作到很低的頻率。但是，採用與槽線上方間隙很小的金屬脊構成的脊波導的截止頻率可以很低而且其單模工作帶寬可以達到及格倍頻程。在許多應用場合，特別是在毫米波頻段，金屬脊的採用帶來的信號的低頻截止不成問題。

本發明的優點在於，加工簡單、調試方便、寄生阻帶遠、結構緊湊。本發明的帶阻濾波器可望廣泛用於各微波波段的電子系統中，特別是雷達、飛彈制導、通信等軍事及民用領域。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的俯視圖示意圖。

圖2本發明實施例1的一個諧振腔的A－A方向側視示意圖。

圖3為本發明實施例2的俯視圖示意圖。

圖4為本發明實施例3的一個諧振腔處的沿金屬線軸線方向的剖視示意圖。

圖5為本發明實施例3的一個諧振腔處的俯視示意圖。

圖6為本發明實施例4的一個諧振腔處的俯視示意圖。

圖7為本發明實施例5的一個諧振腔處的沿金屬線軸線方向的剖視示意圖。

圖8為本發明實施例6的一個諧振腔處的沿金屬線軸線方向的剖視示意圖。

圖9為本發明實施例7的一個諧振腔處的俯視示意圖。

圖10為本發明實施例8的一個諧振腔處的俯視示意圖。

圖中的標號分別表示為。

1-諧振腔；2-槽線；3-金屬線；4-金屬柱；5-金屬板；6-凹槽；7-頻率調諧螺釘；8-增容金屬體；9-金屬脊。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。

實施例1

如圖1、2所示，一種帶阻濾波器，包括四個諧振腔1、以及連接外界和帶阻濾波器的槽線2，諧振腔1和槽線2內部貫通設置有金屬線3。金屬線3和槽線2構成傳輸線路。所述金屬線與所述槽線在3個地方通過金屬脊直流短路。a

所述金屬脊9隻在其底端與槽線2的內底面連接。

諧振腔1內部設置有金屬柱4，金屬柱4與諧振腔1的底部連接。

3個諧振腔1內部的金屬柱4在遠離諧振腔1底部的一端連接有金屬板5。

金屬柱4和金屬板5在遠離金屬柱4的底部一端設有凹槽6。

3個諧振腔1中的金屬板5還連接有增容金屬體8。

槽線2的最大寬度小於相鄰諧振腔1最小寬度的30％。槽線2排布為曲線狀。所有連接諧振腔1的槽線2的終端指向在其始端指向的基礎上轉動80度以上。

每個諧振腔1的上表面上設置有與其內部連通的頻率調諧螺釘7。該頻率調諧螺釘7伸入諧振腔1的深度可以從諧振腔1外調節，其位置不在金屬線3的上方並與金屬線1保持一定距離。

諧振腔1或/和金屬柱4或/和金屬板5或/和金屬線3的橫截面形狀都為不規則形狀。

實施例2

如圖3所示，實施例2與實施例1的區別僅在於：諧振腔1、金屬柱4、金屬板5的橫截面形狀都為圓形。諧振腔1的數目為3個， 其中一個諧振腔1中的金屬柱4上設置有金屬板5，其頂部設置有凹槽6. 另外2個諧振腔1中的金屬柱4上沒有設置任何金屬板5或增容金屬體8或任何凹槽。。

實施例3

如圖4和5所示。

實施例3與實施例1的區別僅在於：每個諧振腔1中都設置有1個金屬柱4， 其上沒有設置任何金屬板5或增容金屬體8或任何凹槽。所有諧振腔1和金屬柱1的橫截面的形狀為圓形。

實施例4

如圖6所示。

實施例4與實施例3的區別僅在於：所有諧振腔1和金屬柱1的橫截面的形狀為矩形。

實施例5

如圖7所示。

實施例5與實施例3的區別僅在於：每個諧振腔1中都設置有1個金屬柱4， 其上設置有一個金屬板5但沒有設置任何增容金屬體8。在每個金屬板5的上表面設置有一個凹槽6。

實施例6

如圖8所示。

實施例6與實施例5的區別僅在於：每個諧振腔1中都設置有1個金屬柱4， 其上設置有一個金屬板5和1個增容金屬體8。沒有設置任何凹槽6。

實施例7

如圖9所示

實施例7與實施例6的區別僅在於：每個諧振腔1中設置有1個金屬柱4、 1個金屬板5和2個增容金屬體8。 它們的橫截面形狀均為矩形。

實施例8

如圖10所示

實施例8與實施例7的區別僅在於：每個諧振腔1中設置有1個金屬柱4、1個金屬板5和1個增容金屬體8。 它們的橫截面形狀均為圓形。圓筒狀增容金屬板的數目為1個。

我們在這裡給出了8隻脊耦合帶阻濾波器的實施實例。本發明的實現方式是沒有限制的。比如，根據阻帶抑制的要求，構成濾波器的諧振腔1的數目可以設置成3～20。本濾波器也可以作為部分用於構成其它濾波器件和微波組件。

如上所述便可較好實施本發明。