一种新型的集成滤波波导正交模转换器的制作方法

本发明属于换能器技术领域，具体涉及一种新型的集成滤波波导正交模转换器。

背景技术：

正交模转换器(omt)，也称双模变换器或正交模变换器，多年来已得到广泛的应用，特别是在大容量通信系统中，可解决频率复用问题。在同一频率上可使用极化方式不同且相互隔离的信道，这样可容纳最大的信道数量。omt为用于分离或混合两个相互正交的极化波的微波元件，通过发送或接收然后合成两个正交极化信号(例如卫星的上行链路和下行链路路径)，可以使信道容量加倍。通常，在omt中使用十字转门t形接头来形成三端口设备，公共端口携带正交信号，其他两个端口提取单个极化电磁波并将其路转到两个不同的路径。omt中的t型结构可以是对称的，也可以是不对称的。对称结构通常具有更高的隔离度和更宽的工作带宽，然而，这以omt结构的高机械复杂性和大尺寸为代价。另一方面，非对称结构具有更小的omt尺寸、更利于omt的加工，但是这又导致omt器件的带宽减小和隔离降低。

为了提高隔离水平和抑制不电磁波高阶模，现有技术中，通过在信号路径中添加辅助滤波器来实现上述目的，但这通常需要额外的空间、omt器件更大的尺寸和更多的成本。而传统的滤波器omt和滤波器的级联的方式，多为多个器件的直接连接，导致滤波器的带宽有限，频带平坦性差，设计灵活性小，且导致整个组合器件的尺寸较大。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种omt的t型结构与滤波器通过矩形的耦合孔直接耦合，形成一个尺寸小且具有滤波功能的集成滤波omt。

本发明的技术方案如下：

一种新型的集成滤波波导正交模转换器，包括前端具有端口一(3)的方形波导(8)、连接到所述方形波导(8)末端的滤波器二(2)、垂直连接到所述方形波导(8)一侧的滤波器一(1)；所述方形波导(8)与所述滤波器二(2)呈直线排列且所述滤波器二(2)末端设置有端口二(4)，所述滤波器一(1)远离方形波导(8)的一端设置有端口三(5)。

进一步的，所述方形波导(8)、滤波器二(2)、端口二(4)的中心线在同一条直线上；所述滤波器一(1)的中心线与所述方形波导(8)的中心线垂直并相交。

进一步的，所述滤波器一(1)包括三个方形空腔谐振器、三个柱形耦合孔和形成端口三(5)的空腔，所述滤波器一(1)通过耦合孔一与方形波导(8)耦接；所述滤波器二(2)包括三个方形空腔谐振器、三个柱形耦合孔和形成端口二(4)的空腔，所述滤波器二(2)通过耦合孔二与方形波导(8)耦接。

进一步的，所述滤波器一(1)中的三个方形空腔谐振器的边长均不相同，所述滤波器二(2)中的三个方形空腔谐振器的边长均不相同。

进一步的，所述滤波器一(1)和所述滤波器二(2)中垂直于讯号波传输方向的各个方形空腔谐振器内角为圆角。

进一步的，所述端口一(3)的尺寸为16mm*16mm，所述端口二(4)和端口三(5)的尺寸为22.86mm*10.16mm，所述耦合孔一与方形波导(8)与滤波器二(2)的连接点a之间的距离(d)为23.35mm。

进一步的，所述滤波器一(1)中沿远离方形波导(8)的三个方形空腔谐振器的横截面尺寸均为22.86mm*10.16mm、长度分别为15.35mm、18.31mm、15.16mm，所述滤波器一(1)中沿远离方形波导(8)的三个柱形耦合孔的边长分别为10.64mm、10.64mm、11.64mm、高度均为2mm，耦合孔一为方柱形孔且其长宽高分别为14.6mm、14.6mm、2mm。

进一步的，所述滤波器二(2)中沿远离方形波导(8)的三个方形空腔谐振器的横截面尺寸均为22.86mm*10.16mm、长度分别为14.46mm、15.96mm、14.65mm，所述滤波器二(2)中沿远离方形波导(8)的三个柱形耦合孔的边长分别为6.13mm、6.13mm、9.86mm、高度均为2mm，耦合孔二为方柱形孔且其长宽高分别为9.98mm、9.98mm、2mm。

进一步的，所述新型的集成滤波波导正交模转换器包括相互扣合的第一分体(9)和第二分体(10)，所述滤波器一(1)、滤波器二(2)、端口一(3)、端口二(4)、端口三(5)、方形波导(8)、耦合孔一和耦合孔一由第一分体(9)和第二分体(10)扣合后形成的空腔形成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将两个滤波器直接集成到了omt的t形结构中，本发明不同于传统的独立结构级联滤波器需要在t型结构和滤波器之间连接波导部分，将两个滤波器分别通过耦合孔一和耦合孔一直接耦合到方形波导上，实现t型结构与滤波器的直接耦合，omt实现了滤波器和omt器件的集成，形成具有多功能的集成器件，由于omt集成了滤波器，信号隔离度得到了很大的提高，相对于分立器件的级联，这种将滤波器直接引入到正交模转换器的的协同设计可以减少滤波正交模转换器组成元件的数量，减少omt器件的整体尺寸、重量以及加工成本。

附图说明

图1为本发明实施例的物理原理图。

图2为本发明实施例的滤波器一的拓扑示意图。

图3为本发明实施例的滤波器二的拓扑示意图。

图4为本发明实施例的第一分体和第二分体的结构示意图。

图5为本发明实施例的散射计响应的新型的集成滤波波导正交模转换器的响应图。

图中，滤波器一1、滤波器二2、端口一3、端口二4、端口三5、连接点a6、方形空腔谐振器7、方形波导8、第一分体9、第二分体10、固定孔11、凹卡槽12、凸卡槽13、耦合孔一与连接点a之间的距离d。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，一种新型的集成滤波波导正交模转换器，包括前端具有端口一3的方形波导8、连接到方形波导8末端的滤波器二2、垂直连接到方形波导8一侧的滤波器一1；方形波导8与滤波器二2呈直线排列且滤波器二2末端设置有端口二4，滤波器一1远离方形波导8的一端设置有端口三5。

端口一3为公共端口，优选的，方形波导8、滤波器二2、端口二4的中心线在同一条直线上；滤波器一1的中心线与方形波导8的中心线垂直并相交。

优选的，滤波器一1包括三个方形空腔谐振器、三个柱形耦合孔和形成端口三5的空腔，滤波器一1通过耦合孔一与方形波导8耦接；滤波器二2包括三个方形空腔谐振器、三个柱形耦合孔和形成端口二4的空腔，滤波器二2通过耦合孔二与方形波导8耦接。

优选的，滤波器一1中的三个方形空腔谐振器的边长均不相同，滤波器二2中的三个方形空腔谐振器的边长均不相同。

优选的，滤波器一1和滤波器二2中垂直于讯号波传输方向的各个方形空腔谐振器内角为圆角。

理论上，本发明的新型的集成滤波波导正交模转换器可以有任何频率和带宽，举出一个实例来进行具体说明：如图1所示，图1中实线箭头h指示的为水平极化信号的方向，虚线箭头v指示的为垂直极化信号的方向，端口二4的接收频率范围为10.9～11.1ghz的垂直极化信号，端口三5接收频率范围为9.9～10.1ghz的水平极化信号，滤波器一1、滤波器二2的带宽均为0.2ghz，回波损耗为20db。在上频带的中心频率11ghz处有传输零点tz，该传输零点tz提高了信号隔离度。与传统的滤波器的设计参数相同，在本发明的设计中，同样可以借助外部品质因数和耦合系数提取法来确定耦合孔一和耦合孔二的几何尺寸，耦合系数和外部品质因数可以根据标准g值计算。

参照图1、图2和图3，其中，图2中的实心圆表示方形空腔谐振器、空心圆表示端口。耦合孔一的大小w5和耦合孔二的大小w1可以通过提取滤波器一1和滤波器二2的外部品质因数qe来确定，qe的值与常规过滤器相同。通过调整距离方形波导8最近的方形空腔谐振器的长度l1和l4，可以改变对应的方形空腔谐振器的中心频率。通过调整与端口三5耦合的柱形耦合孔的宽度w8和与端口二4耦合的柱形耦合孔的宽度w4，得到端口二4和端口三5处的外部耦合，以满足所需的qe。其他特征尺寸来自每一个滤波器的方形空腔谐振器间耦合，通过选择合适的w2、w3、w6和w7的尺寸来匹配计算的耦合系数，可以满足所需的耦合系数qe。

具体的，端口一3的尺寸为16mm*16mm，端口二4和端口三5的尺寸为22.86mm*10.16mm，耦合孔一与方形波导8与滤波器二2的连接点a之间的距离d为23.35mm；滤波器一1中沿远离方形波导8的三个方形空腔谐振器的横截面尺寸均为22.86mm*10.16mm、长度分别为15.35mm、18.31mm、15.16mm，滤波器一1中沿远离方形波导8的三个柱形耦合孔的边长分别为10.64mm、10.64mm、11.64mm、高度均为2mm，耦合孔一为方柱形孔且其长宽高分别为14.6mm、14.6mm、2mm；滤波器二2中沿远离方形波导8的三个方形空腔谐振器的横截面尺寸均为22.86mm*10.16mm、长度分别为14.46mm、15.96mm、14.65mm，滤波器二2中沿远离方形波导8的三个柱形耦合孔的边长分别为6.13mm、6.13mm、9.86mm、高度均为2mm，耦合孔二为方柱形孔且其长宽高分别为9.98mm、9.98mm、2mm；对应图1中的标记，a＝22.86mm，b＝10.16mm，s＝16mm，l1＝14.46mm，l2＝15.96mm，l3＝14.65mm，l4＝15.35mm，l5＝18.31mm，l6＝15.16mm，w1＝9.98mm，w2＝6.13mm，w3＝6.13mm，w4＝9.86mm，w5＝14.60mm，w6＝10.64mm，w7＝10.64mm，w8＝11.64mm，d＝23.35mm，t＝2mm，图1中示出的所有内角的半径均为1.6mm。

为了验证本发明的正确性，加工做出了包括第一分体9和第二分体10新型的集成滤波波导正交模转换器的实物，并对其性能进行了验证，三维电磁仿真模拟软件cst的电磁仿真结果参见图5，图5为模拟(虚线表示)和测量(实线表示)散射计响应的新型的集成滤波波导正交模转换器；5(a)传输和反射响应图；以及5(b)模拟的隔离响应图。如图5(b)所示，集成滤波器和引入的传输零点tz将上下波段的隔离度提高到-80db。由图5可知，在没有任何调整的情况下，本发明的模拟值与实测结果可以观察到极好的一致性，具有良好的性能。

具体的，如图4所示，新型的集成滤波波导正交模转换器包括相互扣合的第一分体9和第二分体10，滤波器一1、滤波器二2、端口一3、端口二4、端口三5、方形波导8、耦合孔一和耦合孔一由第一分体9和第二分体10扣合后形成的空腔形成；优选的，第一分体9和第二分体10通过从表面挖削2个金属块制成，具体的，金属块的材质为铝al5400。通过贯通第一分体9和第二分体10的固定孔11实现第一分体9和第二分体10的合体固定，固定孔11为设置在第一分体9和第二分体10侧边上的螺纹固定孔；优选的，在第一分体9和第二分体10的侧边上还设置有相互配合的凹卡槽12和凸卡槽13，以利于第一分体9和第二分体10在扣合时进行限位，保证第一分体9和第二分体10扣合后形成的空腔的装配精度，保证本发明器件性能的稳定性，有利于产品的批量生产。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。