專利名稱：波導(dǎo)帶阻濾波器的制作方法
波導(dǎo)帶阻濾波器
本發(fā)明涉及一種帶阻濾波器，它具有輸入端口、輸出端口和互接
所述兩端口的中空波導(dǎo)。此種帶阻濾波器的已知實(shí)例可見于J. D. Rhodes所著的《波導(dǎo)帶阻橢圓函數(shù)濾波器》 一文的第715-718頁("J. D Rhodes, Waveguide Bandstop Elliptic Function Filters,正EE Trans. On Microwave Theory and Techniques volume MTT - 20, No. 11, November 1979")。
在該已知濾波器內(nèi)，沿波導(dǎo)壁呈直線延伸有若干諧振腔，由壁中 的隔膜(diaphragm)耦合到中空波導(dǎo)。該濾波器的特性由腔體的諧振頻 率、沿波導(dǎo)的各腔體之間的距離以及它們與波導(dǎo)耦合的強(qiáng)度決定。后 者又取決于隔膜的自由截面面積。不難理解，隔膜的自由截面面積越 大，則耦合越強(qiáng)。因此，耦合強(qiáng)度具有一個(gè)上限，其取決于以下事實(shí) 隔膜的自由截面面積不可能超過經(jīng)由隔膜而與中空波導(dǎo)相耦合的腔 體大小。
本發(fā)明的目標(biāo)在于提出 一種新穎的帶阻濾波器構(gòu)造原理，與傳統(tǒng) 構(gòu)造原理相比，它可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的耦合。
該目標(biāo)由本文開頭所述的帶阻濾波器實(shí)現(xiàn)。在這種濾波器中，波 導(dǎo)中放置了至少 一個(gè)諧振體，其諧振頻率高于波導(dǎo)的極限頻率(limit frequency)。
被稱為梳妝線濾波器(combline filter)的波導(dǎo)帶通濾波器具有由導(dǎo) 電材料所制成的銷(pin), ^皮設(shè)置于互接輸入和輸出端口的波導(dǎo)中。與 本發(fā)明相反，這些波導(dǎo)的極限頻率高于工作頻率帶(傳輸頻帶)，即 諧振體的諧振頻率低于波導(dǎo)信道(waveguide channel)的極限頻率，并位 于期望通帶頻率處。在有用傳輸頻帶之外，主要由所謂的波導(dǎo)截止效 應(yīng)達(dá)到阻隔效果。
根據(jù)所要求的帶阻濾波器的階數(shù)，可釆用若干諧振體；也可將若干諧振體中的 一個(gè)或多個(gè)替換為現(xiàn)有技術(shù)可知的橫向放置的諧振腔。 優(yōu)選為將諧振體形成為從波導(dǎo)的第 一壁突出的銷的形式。此銷能夠附
加地插于波導(dǎo)內(nèi)，優(yōu)選地，它與第一壁形成一體(piece)，這樣可以獲 得諧振體與第 一壁之間最小的結(jié)點(diǎn)阻抗。
就制造層面而言，擁有帶寬側(cè)和窄側(cè)的矩形截面的波導(dǎo)且諧振體 從寬側(cè)之一突出是具有優(yōu)勢(shì)。
進(jìn)一步來講，優(yōu)選的是感性或容性間斷部(discontinuity)位于波導(dǎo) 中，尤其是在濾波器具有二階或更高階的情況下，這樣才能達(dá)到諧振 體之間的面耦合并因此獲得濾波器在有限頻率處具有零點(diǎn)的反射特 性。換言之，這樣的帶阻濾波器，在擁有一個(gè)阻帶外，還具有有限頻 率的反射零點(diǎn)附近的工作頻帶。這種類型的濾波器在采用頻率復(fù)用的 微波傳輸線的應(yīng)用中很有用，并且有必要將其用于傳輸線的每一端， 以此以盡可能小的衰減向接收器饋給另一側(cè)的傳輸頻率，而同時(shí)盡可 能徹底地將相同側(cè)的傳輸頻率與接收器隔離。
這種間斷部?jī)?yōu)選為可變隔膜(iris diaphragm)。
優(yōu)選也，釆用從波導(dǎo)一側(cè)突出的腹板(web)形成可變隔膜。優(yōu)選 地，設(shè)置有從相對(duì)側(cè)突出且在相同水平相向相互面對(duì)的兩腹板。
由從波導(dǎo)的窄側(cè)突出且相向面對(duì)的腹板所形成的隔膜有利于制 造，尤其是機(jī)器加工。
根據(jù)第一實(shí)施例，波導(dǎo)中靠近諧振體處具有平坦的壁。這樣的諧 振體的耦合強(qiáng)度具體地取決于它與相鄰壁之間的距離。
為了得到期望的耦合，如果波導(dǎo)在諧振體附近處具有凹部也許是 合適的。
當(dāng)波導(dǎo)具有矩形截面，其第一到第三壁在諧振體附近平坦，而第 四壁中形成有凹部時(shí)，諧振體優(yōu)選地安放在假想中心平面的面向第四 壁的側(cè)部，該中心平面在上述第四壁和面向其的笫二壁之間延伸；具 體地，諧振體可以^皮部分或全部4^合于凹部中。
由于恰當(dāng)?shù)胤胖弥C振體可以決定耦合強(qiáng)度，凹部可免于可能起隔膜作用的底切(undercut)。
具體地，如果上述凹部成形于第二壁中，或因?yàn)槠渌蚴沟诙?壁可能具有至少一個(gè)彎曲部分。在這種情況下，在一個(gè)平行于有諧振 體從中突出的第一壁的截面中，諧振體到每個(gè)壁的距離至少與第二壁 的最小曲率半徑，優(yōu)選為后者的兩倍。第二壁上的曲率最小半徑為機(jī) 頭(machininghead)的直徑給定了上限，其中，中空波導(dǎo)由工件加工而 成。該機(jī)頭的直徑也決定了此截面內(nèi)諧振體與壁之間可實(shí)現(xiàn)的最小距 離。
參閱附圖，本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)可在實(shí)施例說明中顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的二階帶阻濾波器的透視原理圖2舉例說明了具有圖1所示設(shè)計(jì)的濾波器的反射和傳輸曲線；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的三階帶阻濾波器的透4^L圖4說明了具有圖3所示設(shè)計(jì)的濾波器的反射和傳輸曲線；
圖5是圖3中的濾波器在其制造中的俯視圖6和圖7分別說明了圖1中的濾波器的更改實(shí)施例。
圖l中所示的帶阻濾波器，實(shí)質(zhì)上由波導(dǎo)部分l形成，波導(dǎo)部分 l具有平坦的矩形截面，并基本上沿直線延伸于輸入和輸出端口 2、 3 之間。兩個(gè)諧振體4、 5從中空波導(dǎo)部分的底部壁6突出至其內(nèi)部。 諧振體4、 5均具有高于波導(dǎo)部分1的極限頻率或截止頻率的諧振頻 率。諧振體4、 5為塊狀金屬體(massive metal body),或者至少是表面 鍍有金屬的，其中，諧振體4、 5的金屬體與金屬底部壁6是電氣連 接的。諧振體組成了所謂的四分之一波長(zhǎng)諧振器(入/4 resonator)。
塊狀金屬諧振體4或5可能與底部壁6成一體，尤其是當(dāng)波導(dǎo)部 分由塊狀金屬經(jīng)材料燒蝕(materialablation)形成。然而，也可以后來再 將諧振器插入波導(dǎo)部分1,例如使用焊接。這有可能是必要的，比如 在諧振體5的情形中，諧振體到最近的相鄰側(cè)壁7之間的距離太狹小，無法在其間使用燒蝕工具。
側(cè)壁中的諧振體4、 5的距離定義了它們與在波導(dǎo)部分1中的傳 播的RF場(chǎng)之間的耦合。當(dāng)諧振體位于波導(dǎo)部分1中的延伸于兩個(gè)側(cè) 壁7、 8之間的縱向中心平面上時(shí)耦合最強(qiáng)，并隨著諧振體接近側(cè)壁7、 8的其中之一而降低。
波導(dǎo)部分1的縱向方向上的諧振體4、 5的距離通常為3V4， X 是濾波器阻帶中心頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。應(yīng)由期望的濾波器特性及設(shè)置 得出諧振體之間的相應(yīng)距離，即，距離值由相應(yīng)的綜合體系中所決定 的諧振體與間斷部之間的相位長(zhǎng)度來導(dǎo)致。
在側(cè)壁7、 8上，腹板9在相同水平上相向而置，并在整個(gè)側(cè)壁 的高度范圍內(nèi)延伸，且突入波導(dǎo)部分l內(nèi)。這些腹板形成了與諧振體 4、 5相耦合的隔膜。通過該隔膜，可以實(shí)現(xiàn)將濾波器的反射零點(diǎn)偏移 到有限頻率處，否則反射零點(diǎn)將位于f-oo的頻率處。以這種方法可得 到如圖2所示的濾波器特性。
圖2顯示了在具有圖1所示設(shè)計(jì)的濾波器的仿真計(jì)算中的獲得反 射和傳輸曲線，該濾波器擁有兩個(gè)諧振體和隔膜。其傳輸特性用實(shí)線 表示，反射特性用虛線表示。阻帶S大致從25.8 MHz延伸至26.45 MHz，并在約25.85 GHz和26.2 Ghz處具有由諧振體4、 5所致的極 點(diǎn)(傳輸零點(diǎn))。
利用隔膜，所有反射零點(diǎn)都可^L定位于所定義的頻率處這樣就 實(shí)現(xiàn)了以最大的靈活性來獲取4壬意的濾波器特性。對(duì)于圖1中的實(shí)施 例，可產(chǎn)生在阻隔區(qū)附近的25.5和25.65GHz處具有兩個(gè)反射零點(diǎn)的 傳輸帶D。像這樣具有不對(duì)稱特性的帶阻濾波器，可將其置于微波發(fā) 射器/接收器單元中接收器的上游側(cè)，該單元具有在阻帶進(jìn)行發(fā)送的發(fā) 射器，這種應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)在于保護(hù)接收器不受該單元中的發(fā)射器信號(hào)的 干擾，實(shí)現(xiàn)無衰減地接收傳輸帶內(nèi)來自于遠(yuǎn)程發(fā)射器的信號(hào)。
圖3以與圖1相似的透視圖顯示了 一個(gè)三階帶阻濾波器的說明圖 解，對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的第二實(shí)施例。如同在圖1中的情形，波導(dǎo)部分l'在端口2、 3之間大致沿直線延伸，并設(shè)置有金屬諧振體4' 、 5'。 側(cè)壁8'的的對(duì)準(zhǔn)虛線貫穿通過諧振體4'，第二個(gè)諧振體5'位于對(duì) 準(zhǔn)線的略靠上方處。在諧振體4' 、 5'周圍，凹部10、 11成形于側(cè) 壁8'中。第三個(gè)諧振器由空腔12形成，它通過隔膜13與波導(dǎo)部分1 耦合。如果需要，空腔12也可以由放置于凹部的諧振體代替，或者 由諧振體4'、 5'中的一個(gè)代替，尤其是諧振體5',因其與波導(dǎo)部分l 的中心平面之間的較大距離而只能相當(dāng)弱地耦合，最終可能由另外的 空腔代替。
置于凹部的諧振體的諧振頻率可以不同于同樣尺寸的置于波導(dǎo) 部分1'自身中的諧振體的諧振頻率。濾波器特性所要求的諧振頻率由 與凹部相關(guān)聯(lián)的諧振器所確定。凹部10、 11的功能是雙重的。 一方 面，凹部的存在降低了置于凹部附近的諧振體的耦合強(qiáng)度與其與中心 平面距離的依賴性，從而降低了依賴于制造工藝的耦合強(qiáng)度的分散 性。另一方面，諧振體4'、 5'到包圍其的凹部的壁10， ll之間的較大 距離使得諧振體可更相當(dāng)弱地跟與之成一體的波導(dǎo)部分底部壁相耦 合，從而避免了底部壁和插入的諧振體之間產(chǎn)生的隨后由電導(dǎo)通連接 的變化質(zhì)量所致的濾波行為的分散性。
圖5通過圖3中處于部分完工狀態(tài)的濾波器的俯視圖來描述了以 下事實(shí)。14代表機(jī)頭，利用它可以逐層地將材料去除以形成波導(dǎo)部分 1。虛線15指出了機(jī)頭14的路線?？涨?2的轉(zhuǎn)角16、凹部10、 11 和腹板9基部的曲率半徑都與機(jī)頭14的半徑r相同，這樣，為了形成 側(cè)壁，4幾頭必須僅在波導(dǎo)部分1的縱向方向或者僅在其橫向方向移動(dòng)。 矩形截面的諧^展體4'、 5'的側(cè)面17和與之相向的凹部10、 .11的側(cè)壁 18之間的距離和機(jī)頭14的直徑相同，逸樣，在諧振體4'、 5'周圍移動(dòng) 機(jī)頭14 一次就足以生成凹部10、 11的形狀。
圖3類型的帶阻濾波器的特性見于圖4。同樣，虛線描述了反射 特性，實(shí)線描述了傳輸特性。與三個(gè)諧振體4'、 5'、 ll相對(duì)應(yīng)，每條 曲線均有三個(gè)零點(diǎn)，并且正如圖2中的相同情形，阻帶S和傳輸帶D形成于緊鄰的區(qū)域內(nèi)。
圖6描繪了對(duì)圖1中的濾波器的第一項(xiàng)修改。從底部壁6上突起 的單一腹板9'取代了相互對(duì)稱相向的兩個(gè)腹板9而形成了間斷部。
在圖7中所展示的第二項(xiàng)f務(wù)改，由單極18形成間斷部，就像諧 振體4、 5,其是金屬的或者是金屬化的，且其與后者的不同主要在于 長(zhǎng)度。它可在波導(dǎo)的兩壁6、 19之間延伸，或者大大地短于諧振體4、 5,這樣極18的最終諧振頻率將明顯高于或低于濾波器的工作頻率范 圍。
上述實(shí)施例中，有諧振體突起的底部壁是矩形截面的寬側(cè)。當(dāng)然， 在所有這些例子中，也可以考慮用窄側(cè)來支撐諧振體。
當(dāng)然，諸如螺絲釘、電介質(zhì)等已知的非具體指定的調(diào)諧構(gòu)件可設(shè) 置在諧振體和/或間斷部處以微調(diào)尺寸、布置等。
權(quán)利要求
1.一種帶阻濾波器，具有輸入端口(2；3)，輸出端口(3；2)，以及連接所述兩端口的波導(dǎo)(1，1′)，其特征在于，至少一個(gè)諧振體(4，5；4′5′)位于所述波導(dǎo)(1，1′)中，所述至少一個(gè)諧振體具有高于所述中空波導(dǎo)(1，1′)的極限頻率的諧振頻率。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述諧振體(4， 5; 4' 5')形成為從所述波導(dǎo)的第一壁(6)突出的銷。
3. 如權(quán)利要求2所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述諧振體(4, 5; 4' 5')與所述第一壁(6)形成一體。
4. 如權(quán)利要求2所述的帶阻濾波器，其特征在于，在通過平行于 所述第一壁(6)的所述波導(dǎo)的截面中，第二壁(1)具有至少一個(gè)彎 曲部分(16)，并且在所述截面中所述諧振體(4' ， 5')離開各壁的 距離至少與所述第二壁(8)的最小曲率半徑一樣大。
5. 如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述 波導(dǎo)具有帶有寬側(cè)(6)和窄側(cè)(7， 8)的矩形截面，并且所述諧振 體(4, 5; 4' ， 5')從所述寬側(cè)(6)之一突出。
6. 如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的帶阻濾波器，其特征在于，感性 或容性的間斷部(9, 9' ; 18)位于所述波導(dǎo)中。
7. 如權(quán)利要求6所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述間斷部為 可變隔膜。
8. 如權(quán)利要求7所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述可變隔膜 由從所述波導(dǎo)部分(1)的側(cè)部(7, 8; 6)突出的至少一個(gè)腹板(9， 9')形成。
9. 如權(quán)利要求5和8任一項(xiàng)所述的帶阻濾波器，其特征在于，所 述隔膜由從所述窄側(cè)(7; 8)突出的相對(duì)腹板(9)形成。
10. 如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述 波導(dǎo)在靠近所述諧振體(4, 5)處具有平坦壁(7, 8)。
11. 如前述權(quán)利要求1 - 9任一項(xiàng)所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述中空波導(dǎo)在靠近所述諧振體(4' ， 5')處具有凹部(IO， 11)。
12. 如權(quán)利要求11所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述波導(dǎo)具 有的矩形截面，帶有在靠近所迷諧振體(4' , 5')處平坦的第一至第 三壁(6， 7)，和其中形成有所述凹部(IO, ll)的第四壁，并且所述 諧振體(4' , 5')位于面向所述第四壁(8)的中心平面的側(cè)部，所述 中心平面延伸于所述第四壁(8)和面向其的所述第二壁(7)之間。
13. 如權(quán)利要求11或12任一項(xiàng)所述的帶阻濾波器，其特征在于， 所述凹部(IO， ll)無底切影響。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶阻濾波器，具有輸入端口(2；3)，輸出端口(3；2)，以及連接兩端口的波導(dǎo)(1，1′)，在所述波導(dǎo)(1，1′)中設(shè)置有至少一個(gè)諧振體(4，5；4′5′)，諧振體具有高于波導(dǎo)(1，1′)的極限頻率的諧振頻率。
文檔編號(hào)H01P1/208GK101317299SQ200680044357
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者M·克尼普, S·阿馬里, U·羅森伯格 申請(qǐng)人:愛立信股份有限公司