本發(fā)明涉及濾波器，具體地說，是涉及一種利用同軸傳輸線、脊波導(dǎo)與諧振腔耦合構(gòu)成的一種矩形腔脊耦合帶阻濾波器。

背景技術(shù)：

帶阻濾波器在一根封閉的微波傳輸線的側(cè)壁上增加一個(gè)耦合諧振腔，可以在傳輸線的傳輸曲線上某些頻率產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)， 從而阻止這些頻率的信號(hào)通過該傳輸線。

目前最常見到的帶阻濾波器包括一根同軸結(jié)構(gòu)的傳輸線和沿該傳輸線軸線排列的若干諧振腔。這些諧振腔在傳輸線一側(cè)為開敞結(jié)構(gòu)。通過這些開敞結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳輸線與諧振腔之間的耦合。諧振腔中設(shè)有金屬柱，金屬柱的長(zhǎng)度可以從濾波器外加以改變，可以同時(shí)調(diào)節(jié)諧振腔的諧振頻率和諧振腔與傳輸線之間的耦合。但是，由于金屬柱插入諧振腔中的深度同時(shí)改變諧振腔的諧振頻率和諧振腔與傳輸線之間的耦合，使金屬柱上的外螺紋和位于諧振腔上的螺孔上的內(nèi)螺紋之間的配合松緊選擇帶來困難。如果太松，當(dāng)螺絲結(jié)構(gòu)鎖緊后，螺桿軸線方向在諧振腔中不確定，會(huì)使濾波器微調(diào)變得困難。如果太緊將使金屬柱轉(zhuǎn)動(dòng)困難，也會(huì)使濾波器的調(diào)試變得困難。

已有技術(shù)的第二個(gè)問題，是為了獲得對(duì)稱的帶阻響應(yīng)，理論上需要諧振腔之間傳輸線的電長(zhǎng)度為阻帶中心頻率處波長(zhǎng)的1/4。在阻帶頻率較低時(shí)，要求傳輸線的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，不利于濾波器的小型化。采用調(diào)諧螺釘或慢波結(jié)構(gòu)可以部分解決這個(gè)問題。但在要求寄生阻帶很遠(yuǎn)的情況下，阻帶高端的通帶內(nèi)的寬帶匹配難以實(shí)現(xiàn)。

已有技術(shù)中最常用的傳輸線為同軸傳輸線。其中的內(nèi)導(dǎo)體在整個(gè)帶阻濾波器中與其它部分是絕緣的，并需要采用絕緣介質(zhì)來支撐。這帶來已有技術(shù)的第三個(gè)問題。絕緣介質(zhì)是相對(duì)較軟的材料，導(dǎo)致同軸線的內(nèi)導(dǎo)體在器件經(jīng)受振動(dòng)時(shí)的性能不穩(wěn)定。 同時(shí)，這些用于支撐同軸內(nèi)導(dǎo)體的介質(zhì)在器件工作頻率比較高時(shí)（比如毫米波頻段）變得非常小。其精密加工成為一個(gè)非常困難的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種加工簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、寄生阻帶遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)緊湊的帶阻濾波器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種矩形腔脊耦合帶阻濾波器，包括至少一個(gè)諧振腔、以及與諧振腔內(nèi)部相通連接的槽線。槽線用于連接與帶阻濾波器外界和連接帶阻濾波器中相鄰的諧振腔。所述諧振腔和槽線內(nèi)部還貫通設(shè)置有金屬線；所述金屬線與所述槽線在至少一個(gè)地方直流短路。

較佳的設(shè)計(jì)，所述金屬線與所述槽線被至少一個(gè)金屬脊連通；所述金屬脊只在其底端與槽線的內(nèi)底面連接。

較佳的設(shè)計(jì)，槽線和金屬脊的橫截面都為矩形，二者構(gòu)成脊波導(dǎo)。這時(shí)，金屬線貫穿所述脊耦合帶阻濾波器。在諧振腔之間的槽線內(nèi)，該金屬線與這里的脊波導(dǎo)的金屬脊的頂部連通，起到對(duì)金屬線的支撐作用。這時(shí)的諧振腔之間的耦合實(shí)際上是通過二者之間的脊波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的。

所述諧振腔至少為兩個(gè)，且所述兩相鄰諧振腔通過槽線和金屬線連接，槽線和金屬線構(gòu)成傳輸線，所述槽線與金屬線可以為曲線狀。即所有連接諧振腔的槽線的終端指向在其始端指向的基礎(chǔ)上可以轉(zhuǎn)動(dòng)多達(dá)90度。這種排布使我們能夠緊湊地布置所有諧振腔，通過彎曲傳輸線的方法滿足諧振腔之間傳輸線的長(zhǎng)度要求。所述槽線與金屬線也可以為直線段。這種排布使我們能夠緊湊地布置所有諧振腔， 并很好地利用器件的對(duì)稱型一致傳輸線和諧振腔的高次模的影響。

所述諧振腔內(nèi)部設(shè)置有金屬柱，且所述金屬柱與諧振腔連接。所述金屬柱一般固定在諧振腔底部并只在諧振腔底部與諧振腔壁連接。而且其在諧振腔中的位置和深度不能從諧振腔外加以調(diào)節(jié)。這種使我們能夠通過銑切機(jī)的精密加工使諧振腔的頻率與設(shè)計(jì)值非常接近，方便采用調(diào)諧螺釘完成諧振腔調(diào)諧。

所述金屬柱在遠(yuǎn)離諧振腔底部的一端還可以設(shè)置金屬板。

所述金屬柱在遠(yuǎn)離諧振腔底部的一端或/和金屬板在遠(yuǎn)離金屬柱的一端設(shè)有凹槽。

所述金屬板還可以在其靠近諧振腔內(nèi)表面的位置連接有增容金屬體。所述凹槽的使用使我們能夠在確定帶阻濾波器阻帶帶寬的前提下，最大限度地縮小金屬柱或金屬板與諧振腔壁的距離，最大限度地增大諧振腔壁和金屬柱的電容加載，從而實(shí)現(xiàn)諧振腔的小型化并增大諧振腔的基模和高次模諧振頻率之間的差別。后者將有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)寄生阻帶的帶阻濾波器。

所述槽線的最大寬度小于相鄰諧振腔最大寬度的50％。

所述諧振腔或/和金屬柱或/和金屬板或/和金屬線的橫截面形狀都為圓形。由于諧振腔、金屬柱和金屬板的圓對(duì)稱，使金屬線在金屬柱和金屬板上面通過時(shí)可以在水平面上任意轉(zhuǎn)動(dòng)角度。這種安排使濾波器的設(shè)計(jì)在滿足諧振腔之間傳輸線的長(zhǎng)度接近1/4波長(zhǎng)的限制條件下仍然十分方便。金屬線的橫截面形狀為圓形或矩形使我們可以采用標(biāo)準(zhǔn)的金屬線，以進(jìn)一步降低濾波器的制造成本。

金屬板的俯視方向投影至少在一個(gè)方向上大于金屬柱的俯視方向投影。這種安排使我們能縮小諧振腔的體積，同時(shí)增大諧振腔的基模和高次模諧振頻率之間的差別。后者將有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)寄生阻帶的帶阻濾波器。

金屬柱或設(shè)置于金屬柱頂端的金屬板的俯視方向投影至少在一個(gè)方向上大于金屬線的俯視方向投影。

本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用中，需要在該帶阻濾波器的兩端增加同軸接頭。這時(shí)，同軸接頭的外導(dǎo)體與所述槽線的外導(dǎo)體連接。同軸接頭的內(nèi)導(dǎo)體與與位于所述脊耦合帶阻濾波的輸入端或輸出端的所述諧振腔之外的金屬脊的頂部連接。

為了便于與同軸接頭匹配連接，金屬脊位于相鄰兩個(gè)諧振腔之間的槽線中，與所述脊耦合帶阻濾波的輸入端相鄰的諧振腔為鄰端諧振腔A ，鄰端諧振腔A與所述輸入端之間的槽線中不設(shè)置所述金屬脊；或者與所述脊耦合帶阻濾波的輸出端相鄰的諧振腔鄰端諧振腔B，鄰端諧振腔B與所述輸出端之間的槽線中不設(shè)置所述金屬脊。這時(shí)，同軸接頭的內(nèi)導(dǎo)體與金屬線直接連接。

所述諧振腔設(shè)置有與其內(nèi)部連通的頻率調(diào)諧螺釘。該頻率調(diào)諧螺釘伸入諧振腔的深度可以從諧振腔外調(diào)節(jié)，其位置不在金屬線的上方。本發(fā)明中，由于諧振腔中的金屬柱或設(shè)置于金屬柱頂端的金屬板的俯視方向投影至少在一個(gè)方向上大于金屬線的俯視方向投影，頻率調(diào)諧螺釘對(duì)諧振腔頻率的調(diào)諧簡(jiǎn)單而有效。

所有諧振腔和所有槽線的上表面為重合的平面，使得該帶阻濾波器可以分為底座和蓋板。除與金屬柱連接的金屬板需要另外加工后焊接在金屬柱上外，其余底座上的所有其它結(jié)構(gòu)可以通過銑切機(jī)加工一次完成。其中的蓋板可以采用標(biāo)準(zhǔn)板材加工而成。這些安排使濾波器的加工簡(jiǎn)單，可以有效地降低加工成本。

帶阻濾波器的工作原理如下。

首先，電磁波信號(hào)從傳輸線的一端輸入到傳輸線中并沿傳輸線傳輸。當(dāng)信號(hào)遇到諧振腔時(shí)，該信號(hào)被第一次分配。其中一部分沿傳輸線繼續(xù)傳輸，另一部分進(jìn)入諧振腔中被反射回來， 被第二次分配。分別沿傳輸線傳輸和反射。

在某個(gè)頻率，從諧振腔中反射回來沿傳輸線傳輸?shù)男盘?hào)與第一次分配后沿傳輸線傳輸?shù)男盘?hào)相位相差180度時(shí)，兩部分信號(hào)將相互抵消，使得沿傳輸線繼續(xù)傳輸?shù)目傂盘?hào)幅度很低。這時(shí)，這個(gè)頻率的大部分信號(hào)沿傳輸線返回而不能沿傳輸線傳輸。這樣的一個(gè)諧振腔起到了阻止某些頻率信號(hào)通過的作用。沿傳輸線排列的幾個(gè)諧振腔使得處于阻帶頻率內(nèi)的信號(hào)更少通過，同時(shí)讓處于通帶內(nèi)的信號(hào)更多通過。

采用窄槽線和金屬線構(gòu)成的傳輸線，可以在保證諧振腔之間傳輸線長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)的前提下，通過彎曲這些傳輸線使濾波器結(jié)構(gòu)緊湊。通過采用金屬板，特別是使該金屬板向諧振腔底部彎曲，使諧振腔的體積縮小。通過在金屬柱上端或金屬板上端或者二者之上端同時(shí)設(shè)置凹槽，可以使金屬柱和金屬板與諧振腔內(nèi)壁距離很小以實(shí)現(xiàn)諧振腔體積最小， 同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)阻帶較寬的帶阻濾波器。這些凹槽的使用，還可以使諧振腔的基模和高次模諧振頻率之間的差別最大化，從而有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)寄生阻帶的帶阻濾波器。

采用金屬脊代替介質(zhì)支撐金屬線，利用金屬脊的高通性質(zhì)，很好地避免了采用介質(zhì)支撐存在的穩(wěn)定性問題和高頻率時(shí)的加工問題。當(dāng)然，由于金屬脊將金屬線與槽線內(nèi)表面直流短路，本發(fā)明的帶阻濾波器的通帶不能工作到很低的頻率。但是，采用與槽線上方間隙很小的金屬脊構(gòu)成的脊波導(dǎo)的截止頻率可以很低而且其單模工作帶寬可以達(dá)到及格倍頻程。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，特別是在毫米波頻段，金屬脊的采用帶來的信號(hào)的低頻截止不成問題。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，加工簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、寄生阻帶遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明的帶阻濾波器可望廣泛用于各微波波段的電子系統(tǒng)中，特別是雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信等軍事及民用領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的俯視圖示意圖。

圖2本發(fā)明實(shí)施例1的一個(gè)諧振腔的A－A方向側(cè)視示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的俯視圖示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的一個(gè)諧振腔處的沿金屬線軸線方向的剖視示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的一個(gè)諧振腔處的俯視示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例4的一個(gè)諧振腔處的俯視示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例5的一個(gè)諧振腔處的沿金屬線軸線方向的剖視示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例6的一個(gè)諧振腔處的沿金屬線軸線方向的剖視示意圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例7的一個(gè)諧振腔處的俯視示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例8的一個(gè)諧振腔處的俯視示意圖。

圖中的標(biāo)號(hào)分別表示為。

1-諧振腔；2-槽線；3-金屬線；4-金屬柱；5-金屬板；6-凹槽；7-頻率調(diào)諧螺釘；8-增容金屬體；9-金屬脊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

如圖1、2所示，一種帶阻濾波器，包括四個(gè)諧振腔1、以及連接外界和帶阻濾波器的槽線2，諧振腔1和槽線2內(nèi)部貫通設(shè)置有金屬線3。金屬線3和槽線2構(gòu)成傳輸線路。所述金屬線與所述槽線在3個(gè)地方通過金屬脊直流短路。a

所述金屬脊9只在其底端與槽線2的內(nèi)底面連接。

諧振腔1內(nèi)部設(shè)置有金屬柱4，金屬柱4與諧振腔1的底部連接。

3個(gè)諧振腔1內(nèi)部的金屬柱4在遠(yuǎn)離諧振腔1底部的一端連接有金屬板5。

金屬柱4和金屬板5在遠(yuǎn)離金屬柱4的底部一端設(shè)有凹槽6。

3個(gè)諧振腔1中的金屬板5還連接有增容金屬體8。

槽線2的最大寬度小于相鄰諧振腔1最小寬度的30％。槽線2排布為曲線狀。所有連接諧振腔1的槽線2的終端指向在其始端指向的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)動(dòng)80度以上。

每個(gè)諧振腔1的上表面上設(shè)置有與其內(nèi)部連通的頻率調(diào)諧螺釘7。該頻率調(diào)諧螺釘7伸入諧振腔1的深度可以從諧振腔1外調(diào)節(jié)，其位置不在金屬線3的上方并與金屬線1保持一定距離。

諧振腔1或/和金屬柱4或/和金屬板5或/和金屬線3的橫截面形狀都為不規(guī)則形狀。

實(shí)施例2

如圖3所示，實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：諧振腔1、金屬柱4、金屬板5的橫截面形狀都為圓形。諧振腔1的數(shù)目為3個(gè)， 其中一個(gè)諧振腔1中的金屬柱4上設(shè)置有金屬板5，其頂部設(shè)置有凹槽6. 另外2個(gè)諧振腔1中的金屬柱4上沒有設(shè)置任何金屬板5或增容金屬體8或任何凹槽。。

實(shí)施例3

如圖4和5所示。

實(shí)施例3與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于：每個(gè)諧振腔1中都設(shè)置有1個(gè)金屬柱4， 其上沒有設(shè)置任何金屬板5或增容金屬體8或任何凹槽。所有諧振腔1和金屬柱1的橫截面的形狀為圓形。

實(shí)施例4

如圖6所示。

實(shí)施例4與實(shí)施例3的區(qū)別僅在于：所有諧振腔1和金屬柱1的橫截面的形狀為矩形。

實(shí)施例5

如圖7所示。

實(shí)施例5與實(shí)施例3的區(qū)別僅在于：每個(gè)諧振腔1中都設(shè)置有1個(gè)金屬柱4， 其上設(shè)置有一個(gè)金屬板5但沒有設(shè)置任何增容金屬體8。在每個(gè)金屬板5的上表面設(shè)置有一個(gè)凹槽6。

實(shí)施例6

如圖8所示。

實(shí)施例6與實(shí)施例5的區(qū)別僅在于：每個(gè)諧振腔1中都設(shè)置有1個(gè)金屬柱4， 其上設(shè)置有一個(gè)金屬板5和1個(gè)增容金屬體8。沒有設(shè)置任何凹槽6。

實(shí)施例7

如圖9所示

實(shí)施例7與實(shí)施例6的區(qū)別僅在于：每個(gè)諧振腔1中設(shè)置有1個(gè)金屬柱4、 1個(gè)金屬板5和2個(gè)增容金屬體8。 它們的橫截面形狀均為矩形。

實(shí)施例8

如圖10所示

實(shí)施例8與實(shí)施例7的區(qū)別僅在于：每個(gè)諧振腔1中設(shè)置有1個(gè)金屬柱4、1個(gè)金屬板5和1個(gè)增容金屬體8。 它們的橫截面形狀均為圓形。圓筒狀增容金屬板的數(shù)目為1個(gè)。

我們?cè)谶@里給出了8只脊耦合帶阻濾波器的實(shí)施實(shí)例。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式是沒有限制的。比如，根據(jù)阻帶抑制的要求，構(gòu)成濾波器的諧振腔1的數(shù)目可以設(shè)置成3～20。本濾波器也可以作為部分用于構(gòu)成其它濾波器件和微波組件。

如上所述便可較好實(shí)施本發(fā)明。