基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器

本发明涉及微波滤波器的，尤其是指一种基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器。

背景技术：

1、在微波通信领域中，滤波器能够有效滤除带外信号的同时保留有用信号，因此一直受到业界的广泛关注。其中，如何实现滤波特性(传输零点)的重构是研究热点之一。

2、对现有技术进行调查了解，具体如下：

3、j.lee等人在2011年提出了一种在耦合传输线终端加载可变电容的结构。该结构基于基片集成波导谐振器。利用不同的加载电容可以实现滤波器腔间耦合的极性的重构，从而在同一滤波器内实现传输特性的重构。基于这一结构，作者实现四阶滤波器重构虚轴对称零点和实轴对称零点两种状态。

4、a.anand等人在2016年提出了一种可调混合耦合结构。该结构利用变容二极管改变腔间电磁耦合的比例，从而实现耦合极性的重构。滤波器结构基于基片集成同轴谐振器。基于该结构，作者实现了两种状态对称的四阶三零点滤波器。

5、a.k.gorur等人在2017年提出一种双模微带滤波特性可重构滤波器。在该结构中，作者利用变容二极管控制双模腔间耦合的极性，从而实现传输零点对称地分布于实轴和虚轴两种状态。

6、w.lin等人在2021年提出了利用横向拓扑在腔体滤波器中实现两种状态(零点分布与左侧或右侧)的切换。该结构仅需调节谐振器自耦合，但需要利用多模腔实现横向拓扑结构。

7、总的来说，现有的工作中，有不少关于实现传输零点重构的技术。但这些技术大多基于平面结构或集成波导，并且引入集总元件进行调节，损耗较高。而在腔体结构中，实现耦合极性重构并进一步实现传输零点的重构的相关研究较少。因此，设计一种结构简单的传输零点可重构波导滤波器具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器，由于双柱耦合结构的频变特性，该滤波器具有四个传输零点且通过对螺钉深度的调节即可实现灵活的零点分布，该滤波器具有损耗低、结构简单、易拓展、零点配置灵活、可实现不同滤波性能的重构等优势。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器，包括三个工作于te101模的矩形谐振腔，分别为第一谐振腔、第三谐振腔和第五谐振腔，以及两个工作于te102模的矩形谐振腔，分别为第二谐振腔和第四谐振腔；所述第一谐振腔内设有第一调谐螺钉，所述第一谐振腔与第二谐振腔之间设有第一耦合调节螺钉，所述第二谐振腔内设有第二调谐螺钉，所述第二谐振腔与第三谐振腔之间设有第二耦合调节螺钉，所述第一谐振腔与第三谐振腔之间设有第一耦合双柱，所述第三谐振腔内设有第三调谐螺钉，所述第三谐振腔与第四谐振腔之间设有第三耦合调节螺钉，所述第四谐振腔内设有第四调谐螺钉，所述第四谐振腔与第五谐振腔之间设有第四耦合调节螺钉，所述第五谐振腔内设有第五调谐螺钉，所述第三谐振腔与第五谐振腔之间设有第二耦合双柱；所述第一、二、三、四、五调谐螺钉用于调节谐振腔的谐振频率；所述第一、二、三、四耦合调节螺钉仅伸入谐振腔内一小段长度，用于微调耦合系数的大小；所述第一谐振腔与第三谐振腔以及第三谐振腔与第五谐振腔之间均存在交叉耦合，两个交叉耦合均利用双柱耦合结构实现，即利用第一、二耦合双柱形成频变耦合，各自产生两个可控的传输零点，所述第一、二耦合双柱均从上下两个方向伸入谐振腔且耦合双柱所在平面垂直于能量传输方向，其中仅耦合双柱中的上方金属柱为调谐螺钉，其伸入谐振腔内长度的不同能够实现频变耦合系数常数项的变号，同时减小频变耦合系数的一次项系数，因此，仅调节耦合双柱中的上方调谐螺钉即可实现传输零点的重构。

3、进一步，两个频变耦合系数的常数项符号分以下四种情况：①均负时，两对传输零点分布于通带右侧；②均为正时，两对传输零点分布于通带左侧；③一正一负时，在通带两侧引入虚轴零点；④均为零时，在通带两侧形成对称的实轴零点，具有均衡群时延的效果。

4、进一步，还包括第一馈电端口和第二馈电端口，所述第一馈电端口和第二馈电端口为两个标准的矩形波导，通过所述第一馈电端口对第一谐振腔馈电，通过所述第二馈电端口对第五谐振腔馈电。

5、进一步，所述第一、三、五调谐螺钉距离腔壁四分之一波长，即半腔长；所述第二、四调谐螺钉距离腔壁八分之一波长，即四分之一腔长。

6、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

7、1、本发明波导滤波器损耗低。

8、2、本发明波导滤波器所有传输零点均可控，适用于不同的技术指标要求。

9、3、本发明波导滤波器能实现四种传输特性的重构，可以实现高选择性、强抑制、群时延均衡等不同的滤波性能。该滤波器工作于12.5ghz，工作带宽为400mhz，共有四种工作状态可切换：四个零点分布于通带右侧、四个零点分布于通带左侧、两对对称零点分布于虚轴、两对对称零点分布于实轴。

10、4、本发明波导滤波器结构简单可靠，易拓展，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器，其特征在于：包括三个工作于te101模的矩形谐振腔，分别为第一谐振腔(14)、第三谐振腔(16)和第五谐振腔(18)，以及两个工作于te102模的矩形谐振腔，分别为第二谐振腔(15)和第四谐振腔(17)；所述第一谐振腔(14)内设有第一调谐螺钉(3)，所述第一谐振腔(14)与第二谐振腔(15)之间设有第一耦合调节螺钉(4)，所述第二谐振腔(15)内设有第二调谐螺钉(5)，所述第二谐振腔(15)与第三谐振腔(16)之间设有第二耦合调节螺钉(6)，所述第一谐振腔(14)与第三谐振腔(16)之间设有第一耦合双柱(7)，所述第三谐振腔(16)内设有第三调谐螺钉(8)，所述第三谐振腔(16)与第四谐振腔(17)之间设有第三耦合调节螺钉(9)，所述第四谐振腔(17)内设有第四调谐螺钉(10)，所述第四谐振腔(17)与第五谐振腔(18)之间设有第四耦合调节螺钉(11)，所述第五谐振腔(18)内设有第五调谐螺钉(12)，所述第三谐振腔(16)与第五谐振腔(18)之间设有第二耦合双柱(13)；所述第一、二、三、四、五调谐螺钉(3)、(5)、(8)、(10)、(12)用于调节谐振腔的谐振频率；所述第一、二、三、四耦合调节螺钉(4)、(6)、(9)、(11)仅伸入谐振腔内一小段长度，用于微调耦合系数的大小；所述第一谐振腔(14)与第三谐振腔(16)以及第三谐振腔(16)与第五谐振腔(18)之间均存在交叉耦合，两个交叉耦合均利用双柱耦合结构实现，即利用第一、二耦合双柱(7)、(13)形成频变耦合，各自产生两个可控的传输零点，所述第一、二耦合双柱(7)、(13)均从上下两个方向伸入谐振腔且耦合双柱所在平面垂直于能量传输方向，其中仅耦合双柱中的上方金属柱为调谐螺钉，其伸入谐振腔内长度的不同能够实现频变耦合系数常数项的变号，同时减小频变耦合系数的一次项系数，因此，仅调节耦合双柱中的上方调谐螺钉即可灵活控制传输零点的位置。

2.根据权利要求1所述的基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器，其特征在于：两个频变耦合系数的常数项符号分以下四种情况：①均负时，两对传输零点分布于通带右侧；②均为正时，两对传输零点分布于通带左侧；③一正一负时，在通带两侧引入虚轴零点；④均为零时，在通带两侧形成对称的实轴零点，具有均衡群时延的效果。

3.根据权利要求2所述的基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器，其特征在于：还包括第一馈电端口(1)和第二馈电端口(2)，所述第一馈电端口(1)和第二馈电端口(2)为两个标准的矩形波导，通过所述第一馈电端口(1)对第一谐振腔(14)馈电，通过所述第二馈电端口(2)对第五谐振腔(18)馈电。

4.根据权利要求3所述的基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器，其特征在于：所述第一、三、五调谐螺钉(3)、(8)、(12)距离腔壁四分之一波长，即半腔长；所述第二、四调谐螺钉(5)、(10)距离腔壁八分之一波长，即四分之一腔长。

技术总结
本发明公开了一种基于双柱耦合结构的传输零点可重构波导滤波器，包括三个工作于TE<subgt;101</subgt;模的第一、三、五谐振腔，两个工作于TE<subgt;102</subgt;模的第二、四谐振腔。用双柱耦合结构实现的交叉耦合存在于第一谐振腔和第三谐振腔，第三谐振腔和第五谐振腔之间，形成CT结构。由于双柱耦合结构的频变特性，该滤波器具有四个传输零点且通过对螺钉深度的调节即可实现灵活的零点分布。本发明具有损耗低、结构简单、易拓展、零点配置灵活、可实现不同滤波性能的重构等优势，有良好的应用前景。

技术研发人员：陈付昌,严俊杰
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15