用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构

本发明属于波导型器件领域，涉及太赫兹波导滤波器的优化技术，具体提供一种用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构。

背景技术：

1、太赫兹波介于微观量子理论与宏观经典理论之间，具有独特的电磁辐射特性，使其在射电天文、物体成像、通信、医疗诊断、环境监测、防恐安全以及军事雷达等领域均表现出巨大的应用潜力。尤其在太赫兹无线通信领域中，作为接收端和发射端的核心器件之一，太赫兹波导滤波器具有良好的频率选择特性，在抑制无用信号的同时尽可能地保留有用信号，其性能的好坏往往影响着整个无线通信系统的优劣。传统的基于单模谐振腔的六阶波导带通滤波器如图1所示，主要由输入端、耦合腔、谐振腔和输出端组成，其工作原理为：信号从输入端口输入，耦合腔的高度与标准波导一致、宽度小于标准波导，使波导中te10模式的磁场在耦合腔中集中而得以加强，耦合腔呈电感特性并形成磁耦合，由此在单模谐振腔中激励起te101谐振模式，谐振腔中的te101谐振模式又在另一端的耦合腔中形成磁耦合，进而激励起下一个谐振腔中的te101谐振模式，最后在谐振腔谐振频率附近的信号通过滤波器，滤波器表现为带通特性。

2、近年来，随着太赫兹无线通信系统的不断发展，对太赫兹波导滤波器的性能提出了更高的要求，主要是带外远端抑制度和矩形系数；对于带外远端抑制度，常用的优化方法是提高滤波器的阶数，用更多的谐振腔提高对无用信号的抑制度；对于矩形系数，常用的优化方法是引入传输零点。目前，在太赫兹波导滤波器中引入传输零点的方法有三种，其中，第一种方法是采用交叉耦合结构，但交叉耦合波导滤波器设计复杂且零点位置不易控制，大多数的交叉耦合波导滤波器在加工时采用h面剖分腔体，也导致滤波器的插损增加；如文献“wr-3 band quasi-elliptical waveguide filters using higher order moderesonances”中，采用交叉耦合结构引入传输零点，提升滤波器的30db矩形系数到0.64；第二种方法是采用带通双模谐振腔，两种模式在某一频点上能量抵消，由此产生传输零点，但该零点的位置受谐振频率制约，同样不易控制，且双模谐振腔在低频和高频上都有寄生通带，导致双模谐振器滤波器的上阻带与下阻带抑制度都不好；如文献“太赫兹全双工高速无线通信前端技术”中，使用双模谐振腔产生传输零点，提升滤波器的30db矩形系数至0.81；第三种方式是在输入、输出波导上加入带阻谐振腔，即零点配置结构，其产生的零点位置便于调整，不影响带通滤波器谐振频率，但零点抑制带宽不容易控制，同时对滤波器带外远端抑制度没有改善。

3、对于上述通过零点配置结构产生传输零点的方法已经有过相关报道，如文献“anovel 30-40ghz bandpass filter with sharp rejection using symmetrical notchcavity”中公开了一种沿矩形波导h面两个边壁同时扩展的基于te301模式的单模零点配置结构，其立体结构如图2所示，该结构关于波导e面完全对称，在上阻带引入了一个传输零点，用以改善滤波器的矩形系数；但是，该结构只能产生一个传输零点，并且无法改善滤波器带外远端抑制度，也难以调整零点的抑制带宽。又如文献“wr-2.8 band pseudoellipticwaveguide filter based on singlet and extracted pole resonator”中公开了一种沿波导e面上边壁扩展的双模零点配置结构，滤波器的整体结构如图3所示，该零点配置结构产生了两个零点，但是这两个零点的频率无法灵活调整，并且该结构同样无法改善滤波器带外远端抑制度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构，用以显著改善太赫兹波导滤波器的矩形系数以及带外远端抑制度；本发明采用基于te301和te202模式的双模谐振腔，两个谐振模式分别产生两个传输零点，并且两个传输零点的位置能够灵活调整，能够适配于不同中心频率、不同带宽的波导带通滤波器；同时，除了te301和te202两个主谐振模（谐振频率在频段内）以外，谐振腔中还存在谐振频率在带外的其它次谐振模，这些次模也会产生传输零点，使双模谐振腔的传输系数在频段两端逐渐下降，进而使得零点配置结构对频段远端的信号频率具有一定的抑制度。另外，该零点配置结构可以采用e面或者h面剖分加工，能够根据滤波器的结构进行灵活适配。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构，由依次连接的输入波导1、双模谐振腔2与输出波导3构成，其中，所述输入波导与输出波导均采用标准矩形波导，所述双模谐振腔采用关于标准矩形波导e面非对称的矩形结构，且关于标准矩形波导e面的偏移量为p，0＜p＜a-(a/2)且p≠a/6，a为双模谐振腔的宽度，a为标准矩形波导的宽度。

4、进一步的，双模谐振腔的高度与标准矩形波导相同，双模谐振腔的长度为l，双模谐振腔的宽度为a，并且，3×(a/2)＜l＜2×a，7×(a/4)＜a＜5×(a/2)。

5、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

6、本发明提供一种用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构，使用关于标准波导e面不对称的矩形谐振腔构成以te301和te202为主谐振模式的双模谐振器，进而与输入波导、输出波导连接构成零点配置结构；该零点配置结构能够在波导工作带宽内引入两个传输零点，并且实现传输零点位置的灵活调整；同时，利用双模谐振腔中的次谐振模式能够实现对频段远端的抑制效果；最终，本发明提供的双零点配置结构能够同时改善太赫兹波导带通滤波器的矩形系数和带外远端抑制度。

技术特征：

1.用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构，其特征在于，双零点配置结构由依次连接的输入波导（1）、双模谐振腔（2）与输出波导（3）构成，其中，所述输入波导与输出波导均采用标准矩形波导，所述双模谐振腔采用关于标准矩形波导e面非对称的矩形结构，且关于标准矩形波导e面的偏移量为p，0＜p＜a-(a/2)且p≠a/6，a为双模谐振腔的宽度，a为标准矩形波导的宽度。

2.根据权利要求1所述用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构，其特征在于，信号从输入波导输入，在双模谐振腔中激励起te202模式与te301模式。

3.根据权利要求1所述用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构，其特征在于，双模谐振腔的高度与标准矩形波导相同，双模谐振腔的长度为l，并且，3×(a/2)＜l＜2×a，7×(a/4)＜a＜5×(a/2)。

技术总结
本发明属于波导型器件领域，提供一种用于改善太赫兹波导滤波器带外性能的双零点配置结构，用以显著改善太赫兹波导滤波器的矩形系数以及带外远端抑制度。本发明基于TE<subgt;301</subgt;和TE<subgt;202</subgt;模式的双模谐振腔构成双零点配置结构，输入波导与输出波导均采用标准矩形波导，双模谐振腔采用关于标准矩形波导E面非对称的矩形结构，且关于标准矩形波导E面的偏移量为P，双模谐振腔的高度与标准矩形波导相同，双模谐振腔的长度为L，双模谐振腔的长度为A；并且，3×(a/2)＜L＜2×a，7×(a/4)＜A＜5×(a/2)，0＜P＜A‑(a/2)且P≠A/6，a为标准矩形波导的宽度。本发明提供的双零点配置结构与带通滤波器级联之后能够同时改善滤波器的30dB矩形系数和带外抑制度。

技术研发人员：张波,张宇驰,丰益年,牛中乾,刘亚晗,纪名洋,胡徐韦,方馨悦,王习斌,许书涵,戴炳礼,胡怡,张季聪
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16