专利名称：一种抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器，属于微波滤波器领域，也可以作为多工器的通道滤波器。
背景技术：
在卫星通信系统中，腔体滤波器是不可或缺的无源器件。侧壁耦合滤波器是一种新型的，适用于卫星通信的腔体滤波器，和目前国际和国内常用的腔体滤波器如矩形波导膜片式滤波器，圆腔双模顶端耦合滤波器相比，具有突出的优点。矩形波导膜片式滤波器一般用于宽带滤波器，其Q值也相对较低，后者则常作为传统输出多工器的通道滤波器，但由于其耦合孔位于圆腔顶部，滤波器谐振腔体为轴向排列，使其散热性能较差，且这种滤波器很难实现温度补偿，限制了其非常关键的功率容量特性，目前Ku频段150W的功率容量已经成为殷钢薄壁圆腔双模滤波器的极限。同为圆腔双模的侧壁耦合滤波器，由于其耦合孔位于圆腔侧壁，这使得滤波器谐振腔体为平行排列，滤波器圆柱谐振腔体平面排布，其顶端及底端能够安置温度补偿装置。 这样，一方面克服了常用的圆腔双模顶端耦合滤波器缺点，另一方面继承了其高Q值、单模工作范围宽、调试简单、可以应用于窄带设计等优点，但是由于圆腔双模侧壁耦合滤波器的耦合窗口位于圆腔侧壁，这就引入了很大的滤波器寄生耦合，该寄生耦合足以严重破坏滤波器的电性能，使其传输特性不对称，无法满足指标要求，且无法成为多工器的通道滤波
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发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器，该滤波器具有对称的传输特性、大功率、高Q值、单模工作范围宽、调试简单、能够应用于实际工程中，可以满足现阶段日益增加的通信系统应用要求。本发明的技术解决方案是一种抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器，其特征在于包括上半腔体、下半腔体、频率调谐螺钉、耦合调谐螺钉、紧固螺钉；所述抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器为4阶滤波器，由上半腔体和下半腔体扣合形成两个圆柱状谐振腔体，上半腔体和下半腔体均有法兰面，两个法兰面通过紧固螺钉连接；所述两个谐振腔体侧壁耦合且均工作在模式TE113模，按照微波信号在所述抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器中的传输顺序，两个谐振腔体依次为第一谐振腔和第二谐振腔；第一谐振腔的侧壁有长方形输入耦合窗口，第二谐振腔的侧壁有长方形输出耦合窗口，输入耦合窗口和输出耦合窗口之间的连线可将第一谐振腔和第二谐振腔都等分成两半；第一谐振腔和第二谐振腔之间还有三个长方形耦合窗口，成品字形分布；所述品字形分布的三个耦合窗口中的顶端窗口由上半腔体和下半腔体扣合之后形成，即第一谐振腔在上半腔体中的圆腔与第二谐振腔在上半腔体中的圆腔之间的部分，与第一谐振腔在下半腔体中的圆腔与第二谐振腔在下半腔体中的圆腔之间的凹陷部分扣合之后形成；所述品字形分布的三个耦合窗口中另外两个窗口均分布在下半腔体上；上半腔体的顶部中心位置，即所述品字形分布的三个耦合窗口中的顶端窗口的正上方，有用于安装耦合调谐螺钉的螺纹孔；在上半腔体的侧壁上，位于上半腔体和下半腔体扣合之后输入耦合窗口正上方和输出耦合窗口正上方的位置，有螺纹孔，用于安装垂直于上半腔体侧壁的频率调谐螺钉；在与所述位于上半腔体和下半腔体扣合之后输入耦合窗口正上方和输出耦合窗口正上方位置的螺纹孔垂直并且同样位于上半腔体的侧壁上的位置，也有螺纹孔，用于安装频率调谐螺钉；在相互垂直的两个螺纹孔形成的直角的角平分线且位于上半腔体的侧壁上的位置， 有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉；上半腔体上的频率调谐螺钉和耦合调谐螺钉均位于同一平面内，且位于上半腔体和下半腔体扣合之后形成整体的5/6高度处；当上半腔体和下半腔体扣合之后，上半腔体侧壁上的耦合调谐螺钉的正下方位于下半腔体的侧壁上，也有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉；在下半腔体的侧壁上，垂直于所述品字形分布的三个耦合窗口中的底部两个耦合窗口的位置上，有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉；下半腔体的侧壁上，垂直于输入耦合窗口和输出耦合窗口的连线方向上，有螺纹孔，用于安装频率调谐螺钉；在下半腔体的侧壁上，与输入耦合窗口和输出耦合窗口对应的位置上有螺纹孔用于安装耦合调谐螺钉；下半腔体上除去输入耦合窗口和输出耦合窗口对应的耦合调谐螺钉之外，其余所有频率调谐螺钉和耦合调谐螺钉均在同一平面内，且位于上半腔体和下半腔体扣合之后形成整体的1/2高度处。本发明与现有技术相比的有益效果是(1)本发明将圆腔双模侧壁耦合滤波器应用于实际工程中，通过精巧的特定的位置放置调谐螺钉，螺钉对电磁场的扰动不同时，可以有效的抵消滤波器的寄生耦合。本发明滤波器既可以作为单独的滤波器也可以作为多工器的通道滤波器使用，具有对称的传输特性、大功率、高Q值、单模工作范围宽、调试简单的特性。(2)本发明圆腔双模侧壁耦合滤波器设计为圆柱腔体，并使其工作在模式TE113 模。侧壁耦合的特性是滤波器可以有效的安装外部温度补偿装置，得到优良的温度补偿特性。(3)本发明的滤波器谐振器采用了圆腔TE113模式，选择合适的腔体直径，能够使该模式远离其它谐振模式，使滤波器具有很宽的单模工作范围宽，完全能够满足多工器的通道滤波器的需求，且该滤波器的耦合和频率均可以方便的进行调试，滤波器能够实现窄带和较宽带的设计，能够满足广泛的通信系统应用要求。
图1是四阶广义切比雪夫带两个传输零点的S参数幅度曲线；图2是圆腔双模侧壁耦合滤波器的仿真曲线；图3是本发明圆腔双模侧壁耦合滤波器的整体结构示意图；图4是圆腔计算谐振频率的示意图；图5是计算输入输出耦合量的示意图6是计算谐振腔体间耦合量的示意图；
具体实施例方式本发明提供了一种抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器，如图3所示，包括上半腔体1、下半腔体2、频率调谐螺钉3、耦合调谐螺钉4、紧固螺钉5 ；所述抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器为4阶滤波器，由上半腔体1和下半腔体2扣合形成两个圆柱状谐振腔体，上半腔体1和下半腔体2均有法兰面，两个法兰面通过紧固螺钉5连接；所述两个谐振腔体侧壁耦合且均工作在模式TEl 13模，按照微波信号在所述抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器中的传输顺序，两个谐振腔体依次为第一谐振腔和第二谐振腔；第一谐振腔的侧壁有长方形输入耦合窗口，第二谐振腔的侧壁有长方形输出耦合窗口，输入耦合窗口和输出耦合窗口之间的连线可将第一谐振腔和第二谐振腔都等分成两半；第一谐振腔和第二谐振腔之间还有三个长方形耦合窗口，成品字形分布；所述品字形分布的三个耦合窗口中的顶端窗口由上半腔体1和下半腔体2扣合之后形成，即第一谐振腔在上半腔体1中的圆腔与第二谐振腔在上半腔体1中的圆腔之间的部分，与第一谐振腔在下半腔体2中的圆腔与第二谐振腔在下半腔体2中的圆腔之间的凹陷部分扣合之后形成；所述品字形分布的三个耦合窗口中另外两个窗口均分布在下半腔体2上；上半腔体1的顶部中心位置，即所述品字形分布的三个耦合窗口中的顶端窗口的正上方，有用于安装耦合调谐螺钉4的螺纹孔；在上半腔体1的侧壁上，位于上半腔体1和下半腔体2扣合之后输入耦合窗口正上方和输出耦合窗口正上方的位置，有螺纹孔，用于安装垂直于上半腔体1侧壁的频率调谐螺钉3 ；在与所述位于上半腔体1和下半腔体2扣合之后输入耦合窗口正上方和输出耦合窗口正上方位置的螺纹孔垂直并且同样位于上半腔体1的侧壁上的位置，也有螺纹孔， 用于安装频率调谐螺钉3 ；在相互垂直的两个螺纹孔形成的直角的角平分线且位于上半腔体1的侧壁上的位置，有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉4 ；上半腔体1上的频率调谐螺钉3 和耦合调谐螺钉均位于同一平面内，且位于上半腔体1和下半腔体2扣合之后形成整体的 5/6高度处；当上半腔体1和下半腔体2扣合之后，上半腔体1侧壁上的耦合调谐螺钉4的正下方位于下半腔体2的侧壁上，也有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉4 ；这两颗对应的耦合调谐螺钉(4)是用于调节同一耦合量的螺钉，同时工作可以实现抑制寄生耦合的功能。在下半腔体2的侧壁上，垂直于所述品字形分布的三个耦合窗口中的底部两个耦合窗口的位置上，有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉4 ；下半腔体2的侧壁上，垂直于输入耦合窗口和输出耦合窗口的连线方向上，有螺纹孔，用于安装频率调谐螺钉3 ；在下半腔体2的侧壁上，与输入耦合窗口和输出耦合窗口对应的位置上有螺纹孔用于安装耦合调谐螺钉4 ；下半腔体2上除去输入耦合窗口和输出耦合窗口对应的耦合调谐螺钉之外，其余所有频率调谐螺钉3和耦合调谐螺钉4均在同一平面内，且位于上半腔体1和下半腔体2扣合之后形成整体的1/2高度处。上半腔体1和下半腔体2扣合而成的滤波器，2个谐振腔均为圆腔双模设计，即一个谐振腔体中含有两个谐振频率。2个谐振腔体按照微波信号的传输顺序编号为第一谐振腔和第二谐振腔。第一谐振腔内为谐振频率1和2，第二谐振腔内为谐振频率3和4，不同的谐振频率通过谐振腔侧壁上的不同的频率调谐螺钉来调整。第一谐振腔侧壁设计有输入耦合窗口 ；第二谐振腔侧壁设计有输出耦合窗口，所有的耦合窗口截面均为长方形。由上半腔体1和下半腔体2扣合而成的谐振腔体为圆柱体，谐振腔体的大小根据滤波器频率的不同进行设计，耦合窗口的大小根据滤波器带宽的不同进行设计，输入输出耦合窗口连接到波导端口，波导端口位于下半腔体2，并设计了对外通过螺钉连接的法兰接口。上半腔体1 和下半腔体2均有法兰面，两个法兰面通过紧固螺钉5连接，谐振腔体间的金属墙壁上也设计有螺孔，可通过螺钉连接。上半腔体1和下半腔体2可以使用低膨胀合金材料，则可以不安装外部温度补偿装置，上半腔体1和下半腔体2也可以使用铝或其它质量较轻的金属，在上半腔体1的顶部或下半腔体2的底部安装外部温度补偿装置，这样可以使滤波器实现优良的温度稳定特性。上半腔体1和下半腔体2可以进行表面处理。本发明的滤波器为带一对传输零点的四阶广义切比雪夫滤波器，其耦合矩阵的综合与典型的广义切比雪夫滤波器相同，现有自编程序或商用软件可以得出满足指标要求的滤波器耦合矩阵，如图1为耦合矩阵求出的滤波器传输特性曲线，图2为CST中最终得到的传输特性仿真曲线，中心频率为12. 585MHz，带宽为38MHz，回波损耗_19dB。本发明滤波器， 共有输入输出，主耦合，交叉耦合和四个自耦合共八个耦合量，都可以对应在6)(6的耦合矩阵中找到相应耦合量。圆腔双模侧壁耦合滤波器的圆柱形谐振腔平面结构排布，谐振腔体采用TE113圆腔双模设计，在该模式下Ku频段，单模工作带宽可以> 500MHz，同时该种滤波器可以设计成为窄带滤波器，因此结合这两方面因素，可以将该种滤波器应用于多工器设计中，作为多工器的一个通道滤波器使用。两个的圆柱形谐振腔体间开“品”字形三窗耦合结构，输入输出耦合窗口开在滤波器下部均为方窗耦合，所有耦合孔都为磁耦合孔，因此孔都较大。滤波器涂抹有温控漆、导电胶、导热胶，并在内表面镀银。圆腔双模侧壁耦合滤波器可以在谐振腔上下部添加温度补偿装置，改善温度特性。大功率产品往往受到工作温度的影响，随着工作温度的变化，通带会随之偏移，影响工作性能。虽然选择温度系数小的材料如殷钢可以改善温度特性，但是能力有限。传统的圆波导滤波器谐振器上下都为开孔位置，没有办法采用温补弓等物理的温补装置，而该发明所有耦合孔都开在谐振器的侧面，在使滤波器结构成平面而有利于散热的同时，最大的好处是可以在谐振器的上下面添加入温补弓之类的温补装置。温补装置(如温补弓)是通过温度变化时，温补弓拉紧或放松造成谐振器上下面形变从而改变谐振频率的方法来弥补由于温度引起的频率偏移。因此，添加了温补装置后可以非常明显的改善滤波器温度特性。圆腔双模侧壁耦合滤波器的仿真计算包括以下步骤1)在商用仿真软件HFSS或者CST中利用特征模求解器，建立谐振腔模型，通过调整谐振腔大小和切角的大小，使谐振腔谐振在所需频点，并具有良好的Q值和单模工作带宽。如图4为利用HFSS特征模求解器计算的一个圆柱形腔谐振器模型。由于这里计算的为一个独立的谐振器，而实际上还需要开耦合窗，开耦合窗会降低谐振器的谐振频率，因此此处应该使谐振频率略高于所需频率。2)为谐振腔添加输入或输出耦合窗，利用群时延仿真法，对应耦合矩阵计算出的输入输出群时延，群时延与输入输出耦合量的关系为
权利要求
1. 一种抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器，其特征在于包括上半腔体(1)、下半腔体O)、频率调谐螺钉(3)、耦合调谐螺钉G)、紧固螺钉(5)；所述抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器为4阶滤波器，由上半腔体(1)和下半腔体( 扣合形成两个圆柱状谐振腔体，上半腔体(1)和下半腔体( 均有法兰面，两个法兰面通过紧固螺钉( 连接；所述两个谐振腔体侧壁耦合且均工作在模式TE113模，按照微波信号在所述抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器中的传输顺序，两个谐振腔体依次为第一谐振腔和第二谐振腔；第一谐振腔的侧壁有长方形输入耦合窗口，第二谐振腔的侧壁有长方形输出耦合窗口，输入耦合窗口和输出耦合窗口之间的连线可将第一谐振腔和第二谐振腔都等分成两半；第一谐振腔和第二谐振腔之间还有三个长方形耦合窗口，成品字形分布；所述品字形分布的三个耦合窗口中的顶端窗口由上半腔体(1)和下半腔体( 扣合之后形成，即第一谐振腔在上半腔体(1)中的圆腔与第二谐振腔在上半腔体(1)中的圆腔之间的部分，与第一谐振腔在下半腔体O)中的圆腔与第二谐振腔在下半腔体O)中的圆腔之间的凹陷部分扣合之后形成；所述品字形分布的三个耦合窗口中另外两个窗口均分布在下半腔体(2) 上；上半腔体(1)的顶部中心位置，即所述品字形分布的三个耦合窗口中的顶端窗口的正上方，有用于安装耦合调谐螺钉的螺纹孔；在上半腔体(1)的侧壁上，位于上半腔体(1)和下半腔体( 扣合之后输入耦合窗口正上方和输出耦合窗口正上方的位置，有螺纹孔，用于安装垂直于上半腔体(1)侧壁的频率调谐螺钉(3)；在与所述位于上半腔体(1)和下半腔体( 扣合之后输入耦合窗口正上方和输出耦合窗口正上方位置的螺纹孔垂直并且同样位于上半腔体(1)的侧壁上的位置， 也有螺纹孔，用于安装频率调谐螺钉(3)；在相互垂直的两个螺纹孔形成的直角的角平分线且位于上半腔体(1)的侧壁上的位置，有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉；上半腔体(1)上的频率调谐螺钉C3)和耦合调谐螺钉均位于同一平面内，且位于上半腔体(1)和下半腔体( 扣合之后形成整体的5/6高度处；当上半腔体(1)和下半腔体( 扣合之后，上半腔体(1)侧壁上的耦合调谐螺钉(4)的正下方位于下半腔体O)的侧壁上，也有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉；在下半腔体(2)的侧壁上，垂直于所述品字形分布的三个耦合窗口中的底部两个耦合窗口的位置上，有螺纹孔，用于安装耦合调谐螺钉；下半腔体O)的侧壁上，垂直于输入耦合窗口和输出耦合窗口的连线方向上，有螺纹孔，用于安装频率调谐螺钉(3)；在下半腔体O)的侧壁上， 与输入耦合窗口和输出耦合窗口对应的位置上有螺纹孔用于安装耦合调谐螺钉；下半腔体( 上除去输入耦合窗口和输出耦合窗口对应的耦合调谐螺钉之外，其余所有频率调谐螺钉( 和耦合调谐螺钉(4)均在同一平面内，且位于上半腔体(1)和下半腔体(2)扣合之后形成整体的1/2高度处。
全文摘要
一种抑制寄生耦合的圆腔双模侧壁耦合滤波器，可单独作为一个部件对某一频段的信号起滤波作用，也可以组合起来作为多工器的通道滤波器形成一个多工器网络，在对圆腔双模侧壁耦合滤波器内电磁场特性的分析后，通过精巧的在不同位置放置调谐螺钉实现了抑制寄生耦合，增强了圆腔双模侧壁耦合滤波器的滤波器特性，使滤波器传输特性对称，且完全继承了顶部耦合的圆腔双模滤波器的高Q值、单模工作范围宽、调试简单、可以应用于窄带设计等优点，使该滤波器切实可行的能够应用于通信卫星的微波滤波器领域，滤波器包括上半腔体、下半腔体、频率调谐螺钉、耦合调谐螺钉、紧固螺钉，整个滤波器可以安装外部温度补偿装置，能够保证滤波器的温度稳定性。
文档编号H01P1/208GK102222812SQ20111005243
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者夏亚峰, 翁丽鸿, 郭洪英 申请人:西安空间无线电技术研究所