一种同轴输出滤波器及其设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种同轴输出滤波器及其设计方法，属于电子【技术领域】。该同轴滤波器包括第一谐振腔（1）、第二谐振腔（2）、第三谐振腔（3）、第一谐振杆（4）、第二谐振杆（5）、第三谐振杆（6）、第一耦合窗口（7）、第二耦合窗口（8）、输入抽头耦合线（9）、输出抽头耦合线（10）、谐振杆调节垫片（11）和盖板；第一谐振杆（4）位于第一谐振腔（1）内，第二谐振杆（5）位于第二谐振腔（2）内，第三谐振杆（6）位于第三谐振腔（3）内。本发明通过协同仿真技术来调整三个谐振杆的长度和位置以及它们之间的隔墙的尺寸，使得三个耦合同时达到需要的耦合量。
【专利说明】一种同轴输出滤波器及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种同轴输出滤波器及其设计方法，属于电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]波导滤波器是微波射频系统的关键部件。随着近年来通信系统的发展，对滤波器的要求也越来越高，要求在给定的尺寸和接口要求的限制下满足高抑制、低插损的指标。广义切比雪夫原型通过引入传输零点使得满足同样的带外抑制条件下需要更少的谐振器个数，然而特定的拓扑形式和耦合极性的需求经常和滤波器的尺寸及接口要求矛盾。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了提出一种同轴输出滤波器及其设计方法。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0005]本发明的一种同轴输出滤波器，该滤波器不需要交叉耦合结构，通过谐振杆的安装方式和耦合窗口形状控制耦合的极性与耦合量大小从而完成传输零点的产生与调整；
[0006]该同轴输出滤波器为一三阶同轴滤波器，该同轴滤波器包括第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第一谐振杆、第二谐振杆、第三谐振杆、台阶耦合窗口、第二耦合窗口、输入抽头耦合线、输出抽头耦合线、谐振杆调节垫片和盖板；第一谐振杆位于第一谐振腔内，第二谐振杆位于第二谐振腔内，第三谐振杆位于第三谐振腔内；
[0007]该同轴滤波器为一长方体中空盒体，盒体顶部盖有盖板，输入抽头耦合线从长方体的窄边侧面输入腔体，直接焊接在第一谐振杆上，第一谐振杆安装在长方体的长边侧面上，第一谐振杆与第二谐振杆、第三谐振杆通过台阶型耦合窗口实现耦合，第二谐振杆安装在长方体的底面，并通过第二耦合窗口与第三谐振杆实现耦合，第三谐振杆安装在长方体长边的另一个侧面上；输出抽头耦合线焊接在第三谐振杆上，并在长方体的另一个窄边侧面输出腔体；第一谐振杆、第二谐振杆、第三谐振杆安装时用谐振杆调节垫片进行高度调节。
[0008]本发明所述的滤波器可扩展到高阶滤波器形式。可以广泛应用到射频无线通信系统中。
[0009]本发明的一种同轴输出滤波器的设计方法，步骤为:
[0010]I在建立好的全波电磁仿真模型中加入集总端口，在每个谐振器的电场最大的位置加入一个与电场方向一致的端口。对于同轴滤波器，因其在谐振杆的开路端电场最大，因而该集总端口的建立规则为一端从谐振杆的开路端开始，沿电场方向延伸到地即腔体内表面。第一谐振杆建立了集总端口 1，第二谐振杆建立了集总端口 2，第三谐振杆建立了集总端口 3。
[0011 ] 2在加入了集总端口的同轴滤波器全波电磁仿真模型进行有效的整场电磁仿真分析。
[0012]3仿真完成后得到一个由滤波器的输入输出端口和3个集总端口构成的5端口仿真结果，然后使用电路级仿真，通过在3个集总端口末端和两两端口之间加集总电容，调节这些集总电容的数值使得滤波器的仿真结果达到理想滤波器的响应结果。
[0013]4通过调节电容的大小判断台阶耦合窗口和第二耦合窗口的尺寸及第一谐振杆、第二谐振杆和第三谐振杆高度与理想尺寸的偏差，然后修改整场模型中相应的尺寸。然后重新由步骤2开始下一轮仿真与优化设计，直到全波电磁场模型的仿真结果达到理想的响应结果。
[0014]有益效果
[0015]本发明通过协同仿真技术来调整三个谐振杆的长度和位置以及它们之间的隔墙的尺寸，使得三个耦合同时达到需要的耦合量，解决了因为提出的结构不满足对称性条件而没法用传统方法设计的问题。
[0016]本发明最终的产品只需要对三个谐振杆的高度通过谐振杆调节垫片进行微调就可以达到与仿真结果一致的性能。
[0017]本发明由于整个结构没有使用调节螺钉，所以可以在很大程度上提高滤波器的功
率容量。
[0018]本发明所述的滤波器可扩展到高阶滤波器形式。可以广泛应用到射频无线通信系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的滤波器原理电路图；
[0020]图2为本发明的滤波器的结构示意图；
[0021]图3为滤波器协同仿真场模型，图中标出了每个谐振器内加入了用于协同调节的集总端口 ；
[0022]图4为滤波器的最终全波仿真结果图，由仿真结果可见使用协同仿真方法可以通过迭代方法快速得到滤波器的理想响应所对应的结构尺寸。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0024]实施例
[0025]该同轴输出滤波器为一三阶同轴滤波器，该同轴滤波器包括第一谐振腔1、第二谐振腔2、第三谐振腔3、第一谐振杆4、第二谐振杆5、第三谐振杆6、台阶耦合窗口 7、第二耦合窗口 8、输入抽头耦合线9、输出抽头耦合线10、谐振杆调节垫片11和盖板；第一谐振杆4位于第一谐振腔I内，第二谐振杆5位于第二谐振腔2内，第三谐振杆6位于第三谐振腔3内；
[0026]该同轴滤波器为一长方体中空盒体，盒体顶部盖有盖板，输入抽头耦合线9从长方体的窄边侧面输入腔体，直接焊接在第一谐振杆4上，第一谐振杆4安装在长方体的长边侧面上，第一谐振杆4与第二谐振杆5、第三谐振杆6通过台阶型耦合窗口 7实现耦合，第二谐振杆5安装在长方体的底面，并通过第二耦合窗口 8与第三谐振杆6实现耦合，第三谐振杆6安装在长方体长边的另一个侧面上；输出抽头耦合线10焊接在第三谐振杆6上，并在长方体的另一个窄边侧面输出腔体；第一谐振杆4、第二谐振杆5、第三谐振杆6安装时用谐振杆调节垫片11进行高度调节。
[0027]下面给出使用协同仿真方法设计该滤波器的技术流程:
[0028]1、按照图1的电路原理图可以得知，第一谐振腔1、第二谐振腔2、第三谐振腔3之间的耦合均为负耦合，而按照电磁场耦合理论知，谐振杆的安装方向可以控制耦合的极性，安装面谐振杆短路面在同一个平面上的两个谐振器的耦合为正耦合，安装面在不同平面上的耦合为负耦合。因而图2所述的结构形式则可以实现负耦合。
[0029]2、对于台阶耦合窗口 7和第二耦合窗口 8的尺寸及第一谐振杆4、第二谐振杆5和第三谐振杆6高度的确定，需要使用协同仿真技术。其操作方法为在建立好的全波电磁仿真模型中加入集总端口，其建立规则为在每个谐振器的电场最大的位置加入一个与电场方向一致的端口。对于同轴滤波器，因其在谐振杆的开路端电场最大，因而该集总端口的建立规则为一端从谐振杆的开路端开始，沿电场方向延伸到地即腔体内表面。如图3所示，第一谐振杆4建立了集总端口 1，第二谐振杆5建立了集总端口 2，第三谐振杆4建立了集总端Π 3。
[0030]3、在加入了集总端口的同轴滤波器全波电磁仿真模型进行有效的整场电磁仿真分析。
[0031]4、仿真完成后得到一个由滤波器的输入输出端口和3个集总端口构成的5端口仿真结果，然后使用电路级仿真，通过在3个集总端口末端和两两端口之间加集总电容，调节这些集总电容的数值使得滤波器的仿真结果达到理想滤波器的响应结果。
[0032]5、通过调节电容的大小判断台阶耦合窗口 7和第二耦合窗口 8的尺寸及第一谐振杆4、第二谐振杆5和第三谐振杆6高度与理想尺寸的偏差，然后修改整场模型中相应的尺寸。然后重新由步骤3开始下一轮仿真与优化设计，直到全波电磁场模型的仿真结果达到理想的响应结果。仿真结果如图4所示。有着很好的滤波特性，其中Sll回波损耗表示能量从输入口输入时，反射回输入端口的能量，S21插入损耗表不输入口传输到输出口时的能量。
【权利要求】
1.一种同轴输出滤波器，其特征在于:该同轴输出滤波器为一三阶同轴滤波器，该同轴滤波器包括第一谐振腔(I)、第二谐振腔(2)、第三谐振腔(3)、第一谐振杆(4)、第二谐振杆(5)、第三谐振杆(6)、台阶f禹合窗口(7)、第二f禹合窗口(8)、输入抽头f禹合线(9)、输出抽头耦合线(10)和盖板；第一谐振杆(4)位于第一谐振腔(I)内，第二谐振杆(5)位于第二谐振腔(2)内，第三谐振杆(6)位于第三谐振腔(3)内； 该同轴滤波器为一长方体中空盒体,盒体顶部盖有盖板,输入抽头耦合线(9 )从长方体的窄边侧面输入腔体，直接焊接在第一谐振杆(4)上，第一谐振杆(4)安装在长方体的长边侧面上，第一谐振杆(4)与第二谐振杆(5)、第三谐振杆(6)通过台阶型耦合窗口(7)实现耦合，第二谐振杆(5)安装在长方体的底面，并通过耦合窗口(8)与第三谐振杆(6)实现耦合，第三谐振杆(6)安装在长方体长边的另一个侧面上；输出抽头耦合线(10)焊接在第三谐振杆(6)上，并在长方体的另一个窄边侧面输出腔体。
2.根据权利要求1所述的一种同轴输出滤波器，其特征在于:第一谐振杆(4)、第二谐振杆(5)、第三谐振杆(6)安装时用谐振杆调节垫片进行高度调节。
3.一种同轴输出滤波器的设计方法，其特征在于: 1)使用协同仿真技术在建立好的全波电磁仿真模型中加入集总端口，该集总端口从谐振杆电场最大的开路端开始，沿电场方向延伸到腔体内表面，在第一谐振杆(4)建立集总端口 1，在第二谐振杆(5)建立集总端口 2，第三谐振杆(4)建立集总端口 3 ； 2)在加入了集总端口的同轴滤波器全波电磁仿真模型进行有效的整场电磁仿真分析； 3)仿真完成后得到一个由滤波器的输入输出端口和3个集总端口构成的5端口仿真结果，然后使用电路级仿真，通过在3个集总端口末端和两两端口之间加集总电容，调节这些集总电容的数值使得滤波器的仿真结果达到理想滤波器的响应结果； 4)通过调节电容的大小判断台阶耦合窗口(7)和第二耦合窗口(8)的尺寸及第一谐振杆(4)、第二谐振杆(5)和第三谐振杆(6)高度与理想尺寸的偏差，然后修改整场模型中相应的尺寸；然后重新由步骤2)开始下一轮仿真与优化设计，直到全波电磁场模型的仿真结果达到理想的响应结果。
【文档编号】H01P1/205GK103474730SQ201310446201
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】杨毅民, 林浩佳, 张能, 姜立伟, 李秋强 申请人:西安空间无线电技术研究所