双脊加载e面插片波导滤波器及其广义散射矩阵计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种双脊加载E面插片波导滤波器及广义散射矩阵的计算方法，滤波器包括矩形波导、E面插片和脊片，E面插片位于矩形波导内部形成E面波导滤波器，脊片等间距且上下对称的排列在E面插片之间。计算广义散射矩阵首先分别求出E面插片单元广义散射矩阵SE和矩形波导?双脊波导单元广义散射矩阵SJ；然后根据S参数网络级联求出加载双脊的E面插片单元广义散射矩阵S，得到归一化S矩阵，也就得到了滤波器的频率响应特性。本发明具有带外衰减快、尺寸小的特点，能够满足现代毫米波通信系统对波导器件小型化和高隔离的需求。
【专利说明】
双脊加载E面插片波导滤波器及其广义散射矩阵计算方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种E面波导滤波器结构，具体设及一种基于模式匹配法的双脊加载E 面插片波导滤波器及其S参数的确定方法，属于微波无源器件技术领域。
【背景技术】
[0002] E面金属插片波导滤波器自1974年由KonisM提出W来，经过长期发展，已成为一 种广泛使用的滤波器形式。其突出的优点是高Q值、结构简单、体积小、损耗低、易于批量生 产。国内外很多学者利用高精度的模式匹配法对E面波导滤波器进行了研究，并且开发出相 关的CAD软件。在实际应用中，传统E面插片波导滤波器带外衰减慢，需要增加阶数才能达到 所需要的带外抑制度，运样一来尺寸就增大很多，限制了E面滤波器在很多场合的应用，尤 其不利于毫米波通信系统的小型化设计。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种双脊加载E面插片波导滤波器及其广义散射矩阵计 算方法，双脊加载E面波导滤波器具有带外衰减快、尺寸小的特点，能够满足现代毫米波通 信系统对波导器件小型化和高隔离的需求。
[0004] -种双脊加载E面插片波导滤波器，包括矩形波导、E面插片和脊片，所述E面插片 位于矩形波导内部形成E面波导滤波器，所述脊片等间距且上下对称的排列在E面插片之 间。
[0005] -种双脊加载E面插片波导滤波器广义散射矩阵的计算方法，其计算步骤如下：
[0006] 第一步:求出E面插片单元广义散射矩阵Se;
[0007] 第二步:求出矩形波导-双脊波导单元广义散射矩阵Sj;
[000引第=步:根据S参数网络级联求出加载双脊的E面插片单元广义散射矩阵S，得到归 一化S矩阵，也就得到了滤波器的频率响应特性。
[0009] 进一步地，所述第二步中，首先采用模式匹配法计算脊波导截止波数k。，然后根据 截止波数k。求解双脊波导单元广义散射矩阵。
[0010] 有益效果：
[0011] (1)本发明在E面波导滤波器的半波长谐振器中加入等间距排列的双脊波导，形成 了新的波导谐振器，提高了带外睹峭度，改善了滤波器性能。
[0012] (2)本发明在E面波导滤波器的半波长谐振器中加入等间距排列的双脊波导，从结 构上缩小了滤波器的体积，实现设备的小型化设计。
[0013] (3)本发明利用模式匹配法对加载双脊的滤波器S参数进行综合，得到归一化的广 义散射矩阵。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明双脊加载E面插片波导滤波器的结构示意图；
[0015] 图2为本发明加载双脊的E面插片滤波器单元结构示意图；
[0016] 图3为本发明E面插片单元模型示意图；
[0017] 图4为本发明矩形波导-双脊波导单元模型示意图。
[001引其中，1-矩形波导、2-E面插片、3-脊片。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0020] 如附图1所示，本发明提供了 一种双脊加载E面插片波导滤波器，该滤波器包括矩 形波导UE面插片2和脊片3,在该滤波器上建立xyz坐标系，E面插片2位于矩形波导内部形 成E面波导滤波器，E面插片2沿坐标系中的Z向分布，多个脊片3等间距的排列在E面插片2之 间，脊片3同样也沿坐标系中的Z向分布且在y向上下对称。
[0021] 本发明还提供了一种双脊加载E面插片波导滤波器广义散射矩阵的计算方法，如 附图2所示，利用结构的对称性，将加载双脊的E面插片滤波器单元结构分为两个单元，即E 面插片模型和矩形波导-双脊波导模型，
[0022] 第一步:求出E面插片单元广义散射矩阵Se;
[0023] 如附图3所示，对于E面插片单元，由于y方向上是连续的，不连续性在X方向，所W 受TEio模激励时，在不连续处只会激励TEmo模式;区域I、II、III的电场分量是：
瞧 3 (Ia) 畴] (Ib) 闺(Ic)
[0027] Hx分量可由（1)式分别乘W波导纳_yn _
得到
[0028] 在不连续处满足边界条件：
[00巧]
贷）[0030]运用=角函数的正交性，经过矩阵运算，可得E面插片单元广义散射矩阵Se为
卿] 城
[0032]
[0033] (4 a) 闺 (4b)
[0035] 第二步:矩形波导-双脊波导单元广义散射矩阵Sj ;
[0036] 采用模式匹配法计算脊波导截止波数k。，附图4中对双脊波导的TE模，应用X = !的 等效磁壁，区域I、II的电矢量位的Z分量为 [0037]
巧a)
[00；3 引 (Sb)
[0039]
[0040] 幽] 城
[0046] 对双脊波导的TM模，可用类似的方法求得特征方程为
[0042] 将式巧)代入式(6)，然后在区间yG(bi，bi+s)上对y积分，进行傅里叶变换，最后将 方程截断.化简.前得哥除干哉1^^奶擲^。的特佈方賴
[0043] 巧）
[0044]
[0045]
闺 風
[004引
[0049] 求解特征方程，即可求出kc。
[0050] 根据前面求出的I区和II区的TE模和TM模的电、磁矢量位，横向电磁场表达式为
[00川 巧a) 陶] C9b)
[0053] 对于矩形波导-双脊波导单元，根据在x = ai的分界面上，I区和II区QI区分为IIa 和IIb)的电场和磁场的切向分量分别相等，可求出不连续面上的矩形波导-双脊波导单元 广义散射矩阵Sj:
[0054]
(IQ)
[0055] 其中U为单仿巧阵，M为规合系数巧阵，巧阵元素规合系数分别为
[0化7] Nhe = O (Ilb)
[0化6] (Ila)
[0化引
(llc)
[0化9] (lld)
[0060]第=步:应用S参数网络级联技术，将双脊波导单元广义散射矩阵Sj,E面插片单元 矩阵Se带入，求得单个双脊加载E面插片波导单元的的广义散射矩阵S: 幽]S=[Se][Sj]
[0062]综上所述，W上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 双脊加载E面插片波导滤波器，包括矩形波导和E面插片，所述E面插片位于矩形波导 内部形成E面波导滤波器，其特征在于还包括脊片，所述脊片等间距且上下对称的排列在E 面插片之间。2. -种如权利要求1所述双脊加载E面插片波导滤波器广义散射矩阵的计算方法，其特 征在于，计算步骤如下： 第一步:求出E面插片单兀广义散射矩阵Se; 第二步:求出矩形波导-双脊波导单元广义散射矩阵Sj ; 第三步:根据S参数网络级联求出加载双脊的E面插片单元广义散射矩阵S，得到归一化 S矩阵，也就得到了滤波器的频率响应特性。3. 如权利要求2所述的双脊加载E面插片波导滤波器广义散射矩阵的计算方法，所述第 二步中，首先采用模式匹配法计算脊波导截止波数k。，然后根据截止波数k。求解双脊波导单 元广义散射矩阵。
【文档编号】H01P1/20GK105977584SQ201610395353
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】陈佳, 黄蔚, 宋晓科, 阎毓杰, 王楠, 耿伟智, 刘德丽, 杨云涛
【申请人】中国船舶重工集团公司第七〇九研究所, 中国船舶重工集团公司第七一九研究所