雙脊加載e面插片波導(dǎo)濾波器及其廣義散射矩陣計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器及廣義散射矩陣的計(jì)算方法，濾波器包括矩形波導(dǎo)、E面插片和脊片，E面插片位于矩形波導(dǎo)內(nèi)部形成E面波導(dǎo)濾波器，脊片等間距且上下對(duì)稱的排列在E面插片之間。計(jì)算廣義散射矩陣首先分別求出E面插片單元廣義散射矩陣SE和矩形波導(dǎo)?雙脊波導(dǎo)單元廣義散射矩陣SJ；然后根據(jù)S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)求出加載雙脊的E面插片單元廣義散射矩陣S，得到歸一化S矩陣，也就得到了濾波器的頻率響應(yīng)特性。本發(fā)明具有帶外衰減快、尺寸小的特點(diǎn)，能夠滿足現(xiàn)代毫米波通信系統(tǒng)對(duì)波導(dǎo)器件小型化和高隔離的需求。
【專利說(shuō)明】
雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器及其廣義散射矩陣計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種E面波導(dǎo)濾波器結(jié)構(gòu)，具體設(shè)及一種基于模式匹配法的雙脊加載E 面插片波導(dǎo)濾波器及其S參數(shù)的確定方法，屬于微波無(wú)源器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] E面金屬插片波導(dǎo)濾波器自1974年由KonisM提出W來(lái)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，已成為一 種廣泛使用的濾波器形式。其突出的優(yōu)點(diǎn)是高Q值、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、損耗低、易于批量生 產(chǎn)。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者利用高精度的模式匹配法對(duì)E面波導(dǎo)濾波器進(jìn)行了研究，并且開(kāi)發(fā)出相 關(guān)的CAD軟件。在實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)E面插片波導(dǎo)濾波器帶外衰減慢，需要增加階數(shù)才能達(dá)到 所需要的帶外抑制度，運(yùn)樣一來(lái)尺寸就增大很多，限制了E面濾波器在很多場(chǎng)合的應(yīng)用，尤 其不利于毫米波通信系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器及其廣義散射矩陣計(jì) 算方法，雙脊加載E面波導(dǎo)濾波器具有帶外衰減快、尺寸小的特點(diǎn)，能夠滿足現(xiàn)代毫米波通 信系統(tǒng)對(duì)波導(dǎo)器件小型化和高隔離的需求。
[0004] -種雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器，包括矩形波導(dǎo)、E面插片和脊片，所述E面插片 位于矩形波導(dǎo)內(nèi)部形成E面波導(dǎo)濾波器，所述脊片等間距且上下對(duì)稱的排列在E面插片之 間。
[0005] -種雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器廣義散射矩陣的計(jì)算方法，其計(jì)算步驟如下：
[0006] 第一步:求出E面插片單元廣義散射矩陣Se;
[0007] 第二步:求出矩形波導(dǎo)-雙脊波導(dǎo)單元廣義散射矩陣Sj;
[000引第=步:根據(jù)S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)求出加載雙脊的E面插片單元廣義散射矩陣S，得到歸 一化S矩陣，也就得到了濾波器的頻率響應(yīng)特性。
[0009] 進(jìn)一步地，所述第二步中，首先采用模式匹配法計(jì)算脊波導(dǎo)截止波數(shù)k。，然后根據(jù) 截止波數(shù)k。求解雙脊波導(dǎo)單元廣義散射矩陣。
[0010] 有益效果：
[0011] (1)本發(fā)明在E面波導(dǎo)濾波器的半波長(zhǎng)諧振器中加入等間距排列的雙脊波導(dǎo)，形成 了新的波導(dǎo)諧振器，提高了帶外睹峭度，改善了濾波器性能。
[0012] (2)本發(fā)明在E面波導(dǎo)濾波器的半波長(zhǎng)諧振器中加入等間距排列的雙脊波導(dǎo)，從結(jié) 構(gòu)上縮小了濾波器的體積，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化設(shè)計(jì)。
[0013] (3)本發(fā)明利用模式匹配法對(duì)加載雙脊的濾波器S參數(shù)進(jìn)行綜合，得到歸一化的廣 義散射矩陣。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明加載雙脊的E面插片濾波器單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明E面插片單元模型示意圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明矩形波導(dǎo)-雙脊波導(dǎo)單元模型示意圖。
[001引其中，1-矩形波導(dǎo)、2-E面插片、3-脊片。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020] 如附圖1所示，本發(fā)明提供了 一種雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器，該濾波器包括矩 形波導(dǎo)UE面插片2和脊片3,在該濾波器上建立xyz坐標(biāo)系，E面插片2位于矩形波導(dǎo)內(nèi)部形 成E面波導(dǎo)濾波器，E面插片2沿坐標(biāo)系中的Z向分布，多個(gè)脊片3等間距的排列在E面插片2之 間，脊片3同樣也沿坐標(biāo)系中的Z向分布且在y向上下對(duì)稱。
[0021] 本發(fā)明還提供了一種雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器廣義散射矩陣的計(jì)算方法，如 附圖2所示，利用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，將加載雙脊的E面插片濾波器單元結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)單元，即E 面插片模型和矩形波導(dǎo)-雙脊波導(dǎo)模型，
[0022] 第一步:求出E面插片單元廣義散射矩陣Se;
[0023] 如附圖3所示，對(duì)于E面插片單元，由于y方向上是連續(xù)的，不連續(xù)性在X方向，所W 受TEio模激勵(lì)時(shí)，在不連續(xù)處只會(huì)激勵(lì)TEmo模式;區(qū)域I、II、III的電場(chǎng)分量是：
瞧 3 (Ia) 疇] (Ib) 閨(Ic)
[0027] Hx分量可由（1)式分別乘W波導(dǎo)納_yn _
得到
[0028] 在不連續(xù)處滿足邊界條件：
[00巧]
貸）[0030]運(yùn)用=角函數(shù)的正交性，經(jīng)過(guò)矩陣運(yùn)算，可得E面插片單元廣義散射矩陣Se為
卿] 城
[0032]
[0033] (4 a) 閨 (4b)
[0035] 第二步:矩形波導(dǎo)-雙脊波導(dǎo)單元廣義散射矩陣Sj ;
[0036] 采用模式匹配法計(jì)算脊波導(dǎo)截止波數(shù)k。，附圖4中對(duì)雙脊波導(dǎo)的TE模，應(yīng)用X = !的 等效磁壁，區(qū)域I、II的電矢量位的Z分量為 [0037]
巧a)
[00；3 引 (Sb)
[0039]
[0040] 幽] 城
[0046] 對(duì)雙脊波導(dǎo)的TM模，可用類似的方法求得特征方程為
[0042] 將式巧)代入式(6)，然后在區(qū)間yG(bi，bi+s)上對(duì)y積分，進(jìn)行傅里葉變換，最后將 方程截?cái)?化簡(jiǎn).前得哥除干哉1^^奶擲^。的特佈方賴
[0043] 巧）
[0044]
[0045]
閨 風(fēng)
[004引
[0049] 求解特征方程，即可求出kc。
[0050] 根據(jù)前面求出的I區(qū)和II區(qū)的TE模和TM模的電、磁矢量位，橫向電磁場(chǎng)表達(dá)式為
[00川 巧a) 陶] C9b)
[0053] 對(duì)于矩形波導(dǎo)-雙脊波導(dǎo)單元，根據(jù)在x = ai的分界面上，I區(qū)和II區(qū)QI區(qū)分為IIa 和IIb)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的切向分量分別相等，可求出不連續(xù)面上的矩形波導(dǎo)-雙脊波導(dǎo)單元 廣義散射矩陣Sj:
[0054]
(IQ)
[0055] 其中U為單仿巧陣，M為規(guī)合系數(shù)巧陣，巧陣元素規(guī)合系數(shù)分別為
[0化7] Nhe = O (Ilb)
[0化6] (Ila)
[0化引
(llc)
[0化9] (lld)
[0060]第=步:應(yīng)用S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)技術(shù)，將雙脊波導(dǎo)單元廣義散射矩陣Sj,E面插片單元 矩陣Se帶入，求得單個(gè)雙脊加載E面插片波導(dǎo)單元的的廣義散射矩陣S: 幽]S=[Se][Sj]
[0062]綜上所述，W上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器，包括矩形波導(dǎo)和E面插片，所述E面插片位于矩形波導(dǎo) 內(nèi)部形成E面波導(dǎo)濾波器，其特征在于還包括脊片，所述脊片等間距且上下對(duì)稱的排列在E 面插片之間。2. -種如權(quán)利要求1所述雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器廣義散射矩陣的計(jì)算方法，其特 征在于，計(jì)算步驟如下： 第一步:求出E面插片單兀廣義散射矩陣Se; 第二步:求出矩形波導(dǎo)-雙脊波導(dǎo)單元廣義散射矩陣Sj ; 第三步:根據(jù)S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)求出加載雙脊的E面插片單元廣義散射矩陣S，得到歸一化 S矩陣，也就得到了濾波器的頻率響應(yīng)特性。3. 如權(quán)利要求2所述的雙脊加載E面插片波導(dǎo)濾波器廣義散射矩陣的計(jì)算方法，所述第 二步中，首先采用模式匹配法計(jì)算脊波導(dǎo)截止波數(shù)k。，然后根據(jù)截止波數(shù)k。求解雙脊波導(dǎo)單 元廣義散射矩陣。
【文檔編號(hào)】H01P1/20GK105977584SQ201610395353
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】陳佳, 黃蔚, 宋曉科, 閻毓杰, 王楠, 耿偉智, 劉德麗, 楊云濤
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇九研究所, 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所