專利名稱：單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波器，具體地說，是涉及一種對稱型單孔耦合的寬帶緊湊型波導(dǎo)定向濾波器。
背景技術(shù)：
濾波器是現(xiàn)代微波通信和軍事電子系統(tǒng)中的一種通用原件。定向濾波器由于輸入端反射比常規(guī)濾波器低得多，在一些對器件匹配要求較高的場合，比如大功率功率放大器中有重要應(yīng)用。定向濾波器的另一個重要用途是用作帶通-帶阻互補型雙工器。已有的 波導(dǎo)定向濾波器包括圓柱腔雙模波導(dǎo)定向濾波器和利用兩個波導(dǎo)裂縫電橋和兩個濾波器實現(xiàn)的波導(dǎo)定向濾波器。前者為三維立體結(jié)構(gòu)，需要分成多個部分分別加工，然后通過精密裝配和焊接，然后再調(diào)試，導(dǎo)致成本增高。后者由于兩個波導(dǎo)裂縫電橋的使用，使器件的體積較大。同時，由于波導(dǎo)裂縫電橋的帶寬較窄，構(gòu)成的波導(dǎo)定向濾波器的帶寬較窄。根據(jù)傳輸線理論，兩個帶通濾波器的輸入端和輸出端分別通過一個耦合孔與兩根傳輸線耦合，如果兩個帶通濾波器的輸入信號傳輸?shù)礁綦x端口時相位差為180度時，也可以構(gòu)成定向濾波器。但是利用矩形波導(dǎo)實現(xiàn)這種定向濾波器的設(shè)計，至今未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可平面放置、結(jié)構(gòu)單一、占地體積小的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，包括主波導(dǎo)和副波導(dǎo)，還包括設(shè)置在主波導(dǎo)和副波導(dǎo)之間的第一濾波器和第二濾波器，主波導(dǎo)的兩端上分別設(shè)有輸入端口和輸出端口 A，副波導(dǎo)的兩端上分別設(shè)有輸出端口 B和隔離端口，第一濾波器的濾波器輸入端口和第二濾波器的濾波器輸入端口均通過同一個耦合孔與主波導(dǎo)聯(lián)通，第一濾波器的濾波器輸出端口和第二濾波器的濾波器輸出端口也均通過同一個耦合孔與副波導(dǎo)聯(lián)通，與主波導(dǎo)聯(lián)通的耦合孔的寬度為X，與副波導(dǎo)聯(lián)通的耦合孔的寬度為Y，X和Y都小于或等于第一濾波器通帶的中心頻率時主波導(dǎo)的波導(dǎo)波長的60%。耦合孔的寬度是指耦合孔沿主波導(dǎo)軸線或副波導(dǎo)軸線上的一邊的邊長。所述主波導(dǎo)和副波導(dǎo)都為矩形空波導(dǎo)。為了使單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器的結(jié)構(gòu)更加緊湊，第一濾波器與第二濾波器的濾波器輸入端口通過一個共同的稱合孔輸入信號，第一濾波器與第二濾波器的濾波器輸出端口通過一個共同的耦合孔輸出信號。為了使單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器的結(jié)構(gòu)更加緊湊，連接在第一濾波器上的濾波器輸入端口和濾波器輸出端口靠近第二濾波器的內(nèi)側(cè)壁與第一濾波器靠近第二濾波器的內(nèi)側(cè)壁齊平，連接在第二濾波器上的濾波器輸入端口和濾波器輸出端口靠近第一濾波器的內(nèi)側(cè)壁，與第二濾波器靠近第一濾波器的內(nèi)側(cè)壁齊平。所述主波導(dǎo)的上表面、副波導(dǎo)的上表面、第一濾波器的上表面、第一濾波器的濾波器輸入端口和濾波器輸出端口的上表面、第二濾波器的上表面、第二濾波器的濾波器輸入端口和濾波器輸出端口的上表面和耦合孔的上表面均處于同一平面內(nèi)。第一濾波器和第二濾波器均由串聯(lián)的若干諧振腔構(gòu)成，諧振腔內(nèi)設(shè)置有金屬體。主波導(dǎo)和副波導(dǎo)相對于主波導(dǎo)和副波導(dǎo)之間的一個平面C呈鏡像對稱分布，該平面C與第一濾波器軸線垂直。第一濾波器和第二濾波器相對于第一濾波器和第二濾波器之間的一個平面D呈鏡像對稱分布，所述的平面D與主波導(dǎo)軸線垂直。主波導(dǎo)和副波導(dǎo)的軸線互相平行，第一濾波器的軸線和第二濾波器的軸線互相平行且都垂直于主波導(dǎo)的軸線。
X和Y都小于或等于第一濾波器通帶的中心頻率時主波導(dǎo)的波導(dǎo)波長的60%。有利于器件的小型化設(shè)置。本發(fā)明相對于主波導(dǎo)和副波導(dǎo)之間的一個平面C呈鏡像對稱分布，該平面C與第一濾波器軸線垂直，即主波導(dǎo)和副波導(dǎo)相對于主波導(dǎo)和副波導(dǎo)之間的一個平面C呈鏡像對稱分布，該平面C與第一濾波器軸線垂直。為了方便計算和設(shè)計，本發(fā)明相對于第一濾波器和第二濾波器之間的一個平面D呈鏡像對稱分布，此時所述的平面D與主波導(dǎo)軸線垂直。即第一濾波器和第二濾波器相對于第一濾波器和第二濾波器之間的一個平面D呈鏡像對稱分布，所述的平面D與主波導(dǎo)軸
線垂直。為了方便加工、裝配和調(diào)試，本發(fā)明中所述主波導(dǎo)的上表面、副波導(dǎo)的上表面、第一濾波器的上表面、第一濾波器的濾波器輸入端口和濾波器輸出端口的上表面、第二濾波器的上表面、第二濾波器的濾波器輸入端口和濾波器輸出端口的上表面和耦合孔的上表面均處于同一平面內(nèi)。第一濾波器通帶的中心頻率和第二濾波器通帶的中心頻率一致，在第一濾波器通帶的中心頻率時，主波導(dǎo)和副波導(dǎo)的波導(dǎo)波長一致。以往以微帶線或帶狀線做的定向濾波器，其連接主線的兩接頭之間的距離和連接副線的兩接頭之間的距離是不一致的。而本發(fā)明可以通過一個單孔做到具備同樣功能的定向濾波器，從而改變其排布，以對稱和平面排布為基準(zhǔn)，減小其占地空間，使得應(yīng)用范圍更廣。具體的說，本發(fā)明的最大特點是去掉了兩個波導(dǎo)裂縫電橋，有利于器件的小型化。同時，第一濾波器與第二濾波器的濾波器輸入端口通過一個共同的稱合孔輸入信號，第一濾波器與第二濾波器的濾波器輸入端口通過一個共同的稱合孔輸出信號，第一濾波器和第二濾波器的濾波器輸入端口與主波導(dǎo)聯(lián)通的耦合孔寬度同第一濾波器和第二濾波器的濾波器輸出端口與副波導(dǎo)聯(lián)通的耦合孔寬度相同，而不是相差半個波導(dǎo)波長，器件的體積進(jìn)一步減小。為了方便加工、裝配和調(diào)試，降低器件成本，所述主波導(dǎo)，副波導(dǎo)，第一濾波器及其濾波器輸入端口和濾波器輸出端口，第二濾波器及其濾波器輸入端口和濾波器輸出端口和耦合孔的上表面齊平，使得所有的微波結(jié)構(gòu)都設(shè)置在底座上并可以通過普通數(shù)控銑床一次性加工之后,加上平面形狀的蓋板完成。本發(fā)明的工作原理可以簡述如下微波信號通過主波導(dǎo)上的濾波器輸入端口輸入到該單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器中，通過耦合孔分別進(jìn)入第一濾波器和第二濾波器的輸入端。如果該信號的頻率位于第一濾波器和第二濾波器的通帶內(nèi)，兩個信號將分別通過兩個濾波器在副波導(dǎo)上的輸出端口 B同相疊加，從輸出端口 B輸出。在隔離端口，由于兩個信號在這里疊加時，相位相反，輸出功率很小。其微波信號傳播流程為微波信號依次通過主波導(dǎo)、第一濾波器和第二濾波器的濾波器輸入端口的耦合孔、第一濾波器、一段第一濾波器和第二濾波器輸出端的耦合孔或副波導(dǎo)、第一濾波器和第二濾波器的濾波器輸出端口的耦合孔、第二濾波器，第一濾波器和第二濾波器的濾波器輸入端口的耦合孔，回到主波導(dǎo)的輸出端口 A處,此處的微波信號與主波導(dǎo)中直接傳播到輸出端口 A的信號反相,輸出功率很小。如果該信號的頻率位于第一濾波器和第二濾波器的通帶外，兩個信號將分別在第一濾波器和第二濾波器的濾波器輸入端口反射回主波導(dǎo)中，從輸出端口 A輸出。由此可見，位于兩個濾波器通帶內(nèi)的信號從輸出端口 B輸出，位于兩個濾波器通帶外的信號從輸出端口A輸出.輸入端口的反射很小，隔離端口中輸出功率很小，從而很好地實現(xiàn)了定向濾波器或互補性雙工器的功能。由于器件的對稱性，可以選擇主波導(dǎo)和副波導(dǎo)上的任意端口作為輸入端口。這時，輸出端口和隔離端口應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。本發(fā)明的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、工作頻帶寬、加工調(diào)試成本低等特點，可以構(gòu)成多路多工器、無反射濾波器和互補型雙工器等，廣泛用于雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信等軍事及民用領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明的俯視圖。圖2為實施實例I的俯視圖。圖3為實施實例I的計算結(jié)果曲線。圖4為實施實例2的俯視圖。
附圖中標(biāo)號對應(yīng)名稱1-輸入端口，2-輸出端口 A，3-輸出端口 B，4-隔離端口，5-主波導(dǎo),6-副波導(dǎo),7-第一濾波器,8-第二濾波器,9-稱合孔,10-濾波器輸入端口，11-濾波器輸出端口，12-金屬體。
具體實施例方式實施實例I
如圖1、2所示，單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，包括軸線互相平行的主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6，還包括設(shè)置在主波導(dǎo)和副波導(dǎo)之間的第一濾波器7和第二濾波器8，主波導(dǎo)的兩端上分別設(shè)有輸入端口 I和輸出端口 A2，副波導(dǎo)的兩端上分別設(shè)有輸出端口 B3和隔離端口 4，第一濾波器的濾波器輸入端口 10和第二濾波器的濾波器輸入端口 10均通過同一個耦合孔9與主波導(dǎo)5聯(lián)通，第一濾波器的濾波器輸出端口 11和第二濾波器的濾波器輸出端口 11也均通過同一個耦合孔9與副波導(dǎo)6聯(lián)通，與主波導(dǎo)5聯(lián)通的耦合孔9的寬度為X，與副波導(dǎo)6聯(lián)通的耦合孔9的寬度為Y，X和Y都小于或等于第一濾波器7通帶的中心頻率時主波導(dǎo)的波導(dǎo)波長的60%。第一濾波器7和第二濾波器8都為3級直接耦合腔濾波器。所述主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6都為矩形空波導(dǎo)。
為了使單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器的結(jié)構(gòu)更加緊湊，第一濾波器7與第二濾波器8的濾波器輸入端口 10通過一個共同的稱合孔9輸入信號,第一濾波器7與第二濾波器8的濾波器輸出端口 11通過一個共同的I禹合孔9輸出信號。為了使單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器的結(jié)構(gòu)更加緊湊，連接在第一濾波器7上的濾波器輸入端口 10和濾波器輸出端口 11靠近第二濾波器8的內(nèi)側(cè)壁與第一濾波器7靠近第二濾波器8的內(nèi)側(cè)壁齊平，連接在第二濾波器8上的濾波器輸入端口 10和濾波器輸出端口11靠近第一濾波器7的內(nèi)側(cè)壁，與第二濾波器8靠近第一濾波器7的內(nèi)側(cè)壁齊平。所述主波導(dǎo)5的上表面、副波導(dǎo)6的上表面、第一濾波器7的上表面、第一濾波器7的濾波器輸入端口 10和濾波器輸出端口 11的上表面、第二濾波器8的上表面、第二濾波器8的濾波器輸入端口 10和濾波器輸出端口 11的上表面和稱合孔9的上表面均處于同一平面內(nèi)。主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6相對于主波導(dǎo)和副波導(dǎo)之間的一個平面C呈鏡像對稱分布，該平面C與第一濾波器7軸線垂直。 第一濾波器7和第二濾波器8相對于第一濾波器7和第二濾波器8之間的一個平面D呈鏡像對稱分布，所述的平面D與主波導(dǎo)5軸線垂直。主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6的軸線互相平行，第一濾波器7的軸線和第二濾波器8的軸線互相平行且都垂直于主波導(dǎo)5的軸線。X和Y都小于或等于第一濾波器7通帶的中心頻率時主波導(dǎo)5的波導(dǎo)波長的60%。有利于器件的小型化設(shè)置。微波信號通過主波導(dǎo)5上的輸入端口 I輸入到該單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器中，通過第一濾波器7和第二濾波器8的濾波器輸入端口的耦合孔9傳輸?shù)降谝粸V波器7和第二濾波器8的濾波器輸入端口。如果該信號的頻率位于第一濾波器7和第二濾波器8的通帶內(nèi)，信號將分別通過兩個濾波器在副波導(dǎo)6上的輸出端口 B3同相疊加，從輸出端口 B3輸出。在隔離端口 4,由于兩個信號在這里疊加時,相位相反,輸出功率很小。微波信號依次通過主波導(dǎo)5、第一濾波器7和第二濾波器8的濾波器輸入端口 10的耦合孔9、第一濾波器7、一段第一濾波器7和第二濾波器8的濾波器輸出端口 11的稱合孔9或副波導(dǎo)6、第一濾波器7和第二濾波器8的濾波器輸出端口的耦合孔9、第二濾波器8，第一濾波器7和第二濾波器8的濾波器輸入端口的耦合孔9，回到主波導(dǎo)5的輸出端口 A2處，此處的微波信號與主波導(dǎo)5中直接傳播到輸出端口 A2的信號反相，輸出功率很小。如果該信號的頻率位于第一濾波器7和第二濾波器8的通帶外，兩個信號將分別在第一濾波器7和第二濾波器8的濾波器輸入端口反射回主波導(dǎo)中，從輸出端口 A2輸出。由此可見，位于兩個濾波器通帶內(nèi)的信號從輸出端口 B3輸出，位于兩個濾波器通帶外的信號從輸出端口 A2輸出。輸入端口I的反射很小，隔離端口 4中輸出功率很小，從而很好地實現(xiàn)了定向濾波器或互補性雙工器的功能。根據(jù)實施實例I的結(jié)構(gòu)計算得到的該單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器的S參數(shù)如圖3所示。從圖中可以看出，在6. 5到9. 6GHz的工作帶寬內(nèi)，主波導(dǎo)5的輸入端口 I的反射都低于-10dB，隔離端口 4上的輸出低于_15dB。在7. 93 8. 13GHz的通帶內(nèi)，輸出端口 B3的輸出高于-O. 5dB,輸出端口 A2的輸出低于_15dB。在6. 5 7. 85GHz和8. 2 9. 6GHz的頻率范圍內(nèi)，輸出端口 A2的輸出高于-O. 5dB。因此，該實施實例提供了一只帶寬覆蓋6. 5 9. 6GHz，通帶頻帶O. 2GHz的緊湊型波導(dǎo)定向濾波器。實施實例2
如圖4.與實施實例I的區(qū)別僅在于，第一濾波器7和第二濾波器8均由串聯(lián)的若干諧振腔構(gòu)成，諧振腔內(nèi)設(shè)置有金屬體12。上述僅為舉例。實際生產(chǎn)中，第一濾波器7和第二濾波器8的級數(shù)可以為I級或多級，結(jié)構(gòu)不僅可以為波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，也可以為微帶、帶線、腔體結(jié)構(gòu)，等等。由于器件的對稱性，可以選擇主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6上的任意端口作為輸入端口。這時，輸出端口和隔離端口應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。1如上所述，即可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，包括主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)，還包括設(shè)置在主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)之間的第一濾波器(7)和第二濾波器(8)，主波導(dǎo)(5)的兩端上分別設(shè)有輸入端口(I)和輸出端口 A (2)，副波導(dǎo)(6)的兩端上分別設(shè)有輸出端口 B (3) 和隔離端口(4)，第一濾波器(7)的濾波器輸入端口(10)和第二濾波器(8)的濾波器輸入端口(10)均通過同一個耦合孔(9)與主波導(dǎo)(5)聯(lián)通，第一濾波器(7)的濾波器輸出端口(11)和第二濾波器(8)的濾波器輸出端口(11)也均通過同一個耦合孔(9)與副波導(dǎo)(6)聯(lián)通，與主波導(dǎo)(5)聯(lián)通的耦合孔(9)的寬度為X，與副波導(dǎo)(6)聯(lián)通的耦合孔(9)的寬度為 Y，X和Y都小于或等于第一濾波器(7)通帶的中心頻率時主波導(dǎo)(5)的波導(dǎo)波長的60%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，所述主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)都為矩形空波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，第一濾波器(7)與第二濾波器(8)的濾波器輸入端口(10)通過一個共同的耦合孔(9)輸入信號，第一濾波器(7)與第二濾波器(8)的濾波器輸出端口(11)通過一個共同的耦合孔(9)輸出信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，連接在第一濾波器(7)上的濾波器輸入端口(10)和濾波器輸出端口(11)靠近第二濾波器(8)的內(nèi)側(cè)壁與第一濾波器(7)靠近第二濾波器(8)的內(nèi)側(cè)壁齊平，連接在第二濾波器(8)上的濾波器輸入端口(10)和濾波器輸出端口(11)靠近第一濾波器(7)的內(nèi)側(cè)壁與第二濾波器(8)靠近第一濾波器(7)的內(nèi)側(cè)壁齊平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，所述主波導(dǎo)(5)的上表面、副波導(dǎo)(6)的上表面、第一濾波器(7)的上表面、第一濾波器(7)的濾波器輸入端口(10)和濾波器輸出端口(11)的上表面、第二濾波器(8)的上表面、第二濾波器(8)的濾波器輸入端口(10)和濾波器輸出端口(11)的上表面和耦合孔(9)的上表面均處于同一平面內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，第一濾波器(7)和第二濾波器(8)均由串聯(lián)的若干諧振腔構(gòu)成，諧振腔內(nèi)設(shè)置有金屬體(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)相對于主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)之間的一個平面C呈鏡像對稱分布， 該平面C與第一濾波器(7)軸線垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，第一濾波器(7)和第二濾波器(8)相對于第一濾波器(7)和第二濾波器(8)之間的一個平面 D呈鏡像對稱分布，所述的平面D與主波導(dǎo)(5)軸線垂直。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，其特征在于，主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)的軸線互相平行，第一濾波器(7)的軸線和第二濾波器(8)的軸線互相平行且都垂直于主波導(dǎo)(5)的軸線。
全文摘要
本發(fā)明公布了單孔緊湊型波導(dǎo)定向濾波器，包括主波導(dǎo)和副波導(dǎo)，還包括設(shè)置在主波導(dǎo)和副波導(dǎo)之間的第一濾波器和第二濾波器，第一濾波器的輸入端和第二濾波器的輸入端均通過同一個耦合孔與主波導(dǎo)聯(lián)通，第一濾波器的輸出端和第二濾波器的輸出端也均通過同一個耦合孔與副波導(dǎo)聯(lián)通，與主波導(dǎo)聯(lián)通的耦合孔的寬度為X，與副波導(dǎo)聯(lián)通的耦合孔的寬度為Y(寬度是指耦合孔沿主波導(dǎo)軸線或副波導(dǎo)軸線上的一邊的邊長)，X和Y都小于或等于第一濾波器通帶的中心頻率時主波導(dǎo)的波導(dǎo)波長的60%。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、工作頻帶寬、加工調(diào)試成本低等特點，可以構(gòu)成多路多工器、無反射濾波器和互補型雙工器等，廣泛用于雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信等領(lǐng)域。
文檔編號H01P1/208GK103022603SQ20131001153
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者王清源, 譚宜成, 張運波 申請人:成都賽納賽德科技有限公司