基于TE的制作方法

基于te
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和te
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模的双通带多传输零点波导滤波器
技术领域
1.本发明属于微波通信、雷达、以及电子对抗等技术领域，具体涉及的是基于te
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和te
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模的双通带多传输零点波导滤波器及其设计方法。


背景技术：

2.随着微波电子通信技术以及雷达系统的快速发展，高速率高容量通信、保密通信的要求在不断提高，且在此情况下信道的各种干扰信号也越来越多，频谱资源的有效利用变得越来越重要，这就要求通信系统或设备里面的滤波器的性能也要不断提高。基于te
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和te
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模的双通带多传输零点波导滤波器在微波通信和雷达系统中所扮演的角色越来越重要，以满足上述日益复杂的通信要求。在这一背景下，传统的波导滤波器及其设计技术在新型高速率高容量以及高干扰抑制要求的通信设备中已经被渐渐淘汰，这就需要开发具有更大创新性的符合高速率高容量通信、高保密通信的双通带多传输零点波导滤波器来代替。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对目前传统的波导双通带带通滤波器需要双路传输路径才能产生双通带，以及在有限数量的谐振腔做多传输零点结构无法实现或非常难实现的困难，提供一种设计比较灵活、结构方便实现且性能优异的基于te
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模的双通带多传输零点波导滤波器。
4.本技术方案在有限的五个谐振腔的情况下，本发明创新性地采用通过输入端与各个谐振腔分别耦合的形式产生了11个可见的传输零点或非谐振传输零点，这些传输零点对滤波器的带外抑制起到了非常关键的作用，对带外频率的衰减提供了有效的帮助。
5.本技术方案的另外一个优点就是，本滤波器创新性地采用了单路径实现常规情况下需要双路径才能实现的双通带，减小了整个波导滤波器的体积，降低了调试的复杂度，简化了装配程序，提高了批量生产效率等优点，能有效地满足微波通信、雷达以及电子对抗系统的相关高标准要求。
6.本方法设计得到的基于te
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和te
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模的双通带多传输零点波导滤波器具有结构简单，容易加工，且创新性地采用了单通道、多谐振单一耦合的设计方法，得到了高性能的滤波器。
7.基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器及其设计方法，步骤包括：
8.1)设计的波导腔体是标准矩形波导，在波导的输入输出端口分别是wr28标准矩形波导口；
9.2)设计的标准矩形波导滤波器的结构分为输入口及其传输波导，零点形成部分，谐振腔及耦合窗部分，输出端等四个部分。其中，零点形成部分的开槽耦合窗以及谐振腔及其带宽耦合窗的结构是自对称的；
10.波导按照顺序为输入口2及其传输波导部分5，决定滤波器带宽的各个耦合窗与各
个谐振腔交替排列，它们之间通过感性膜片隔离形成；最后通过输出端口3，其中输入端2和输出端3波导形成直角拐弯23，便于系统装配；
11.3)波导输入端口2及其长波导传输部分5与各个谐振腔通过零点耦合窗形成零点传输结构；
12.4)整个滤波器工作于te
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和te
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波导模式，且是单一路径实现双通带；
13.首先完成波导滤波器的腔体加工，再把盖板27通过盖板上的多个安装孔29及腔体上的多个螺纹孔24将盖板27安装在波导腔体1上。
14.进一步，所述的波导腔体1和盖板27的金属表面进行了电镀，其铝材表面电镀层的材料是金属镍和高纯度金属银。
15.进一步，双通带是通过各个谐振腔产生的te
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谐振模式，通过多个通带带宽耦合窗形成；多传输零点是通过长波导传输部分与各个谐振腔通过零点耦合窗形成；这两部分结构是该波导滤波器的核心部分。同时，基于te
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和te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器的频带及其零点调整方式是：
16.通过盖板上的螺纹孔，对滤波器的零点和带宽及其带内回波损耗进行调整，滤波器的带外衰减可以通过改变传输零点的位置进行调整，从而压制所需要抑制的频率点或某个频率范围。
17.基于上述方法设计得到的一种双通带多传输零点的波导滤波器，包括滤波器主体和盖板27；在滤波器主体内开有凹槽，盖板27与滤波器主体连接状态下，盖板27与凹槽围成滤波器主腔体1；
18.盖板27安装在滤波器主腔体1上，并用螺钉进行紧固后形成密闭波导空间结构。滤波器主腔体1的输入端和输出端的端口都连接有标准的法兰25；
19.滤波器主腔体1的输入端2通过波导传输段5与谐振腔耦合；谐振腔与滤波器主腔体1的输出端3耦合；
20.所述谐振腔分为依次通过通带耦合窗耦合的多个谐振腔，它们依次为第一谐振腔、
……
、第n谐振腔；
21.第一～n谐振腔与波导传输段5之间分通过第一～n零点耦合窗耦合。
22.在盖板27的与第一～n零点耦合窗位置对应处分别开有零点调谐螺纹孔28、零点调谐螺纹孔28内旋有零点调谐螺丝；在盖板27的与第一～n谐振腔位置对应处分别开有通带调谐螺纹孔30。
23.滤波器主腔体内部是标准的wr28矩形波导，滤波器主腔体1的输入端和输出端的端口是标准的wr28口。
24.滤波器主腔体1的输入端2与波导传输段5之间通过第一直角转弯波导段4耦合；第n谐振腔与滤波器主腔体1的输出端3通过第二直角转弯波导段23耦合。
25.波导传输段5与谐振腔关于滤波器主腔体1的中线对称，滤波器主腔体1的输入端和输出端位于滤波器主腔体1的同一侧。
26.滤波器主体开有多个螺纹孔24，盖板27上开有多个对应的盖板安装孔29；通过螺纹孔24和盖板安装孔29用于盖板27与滤波器主体装配。
27.滤波器主腔体1的内壁表面具有电镀层；电镀层的材质是镍和银。
28.优选的，所述电镀层是先电镀8um厚度的镍，然后电镀4um厚度的银。
29.例如：谐振腔分为依次通过通带耦合窗耦合的五个谐振腔，它们依次为第一谐振腔、
……
、第五谐振腔；
30.第一谐振腔、
……
、第五谐振腔两两之间由通带耦合窗耦合，且第一谐振腔之前和第五谐振腔之后分别耦合有通带耦合窗；
31.第一～五谐振腔分别通过第一～n零点耦合窗与波导传输段5耦合。
32.第一～n谐振腔与相应的通带耦合窗之间通过感性膜片隔离
33.本波导滤波器的腔体内部可以是标准的wr28矩形波导，盖板安装在腔体上，并用螺钉进行紧固后形成密闭波导空间结构，腔体的输入和输出两端是标准的wr28口，且对应的法兰为标准法兰；
34.波导的腔体分为输入端及其传输波导、零点耦合窗、谐振腔及耦合窗，输出端等四个部分，他们以各自的结构成中心自对称；
35.整个波导滤波器的结构按照顺序依次为输入端、波导直角拐弯、长距离传输波导段、通带带宽耦合窗、第一谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、第二谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、第三谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、第四谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、第五谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、耦合窗、波导输出段、输出波导直角拐弯以及输出端。腔体上设计了很多螺纹安装孔，便于盖板与腔体装配。
36.电镀层的材质是镍和银，且是按照先电镀8um厚度的镍，然后电镀4um厚度的银这一流程进行的，其目的是降低波导滤波器工作频带内的插入损耗同时，该方法可以保证电镀后银层的可靠性，在恶劣环境下银层不容易起泡和脱落。
37.该技术方案，属于微波通信、雷达以及电子对抗系统技术，本设计方法创新性地采用了单通道、多谐振单一耦合的设计思路，解决了谐振腔少而又要求产生的零点比较多，且单路径产生了双通带的难题，得到了高性能的波导滤波器。基于te
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模的双通带多传输零点波导滤波器具有结构简单，有限谐振腔数量下产生较多的传输零点，单一通带路径产生双通带等优点。
38.本发明波导滤波器的设计方法和思想是：
39.首先，设计了双通带滤波器工作中心频率的谐振腔尺寸，采用下式可以得到谐振腔尺寸，然后可以得到不同模式下的品质因子q值。
[0040][0041]
式中，f
10n
表示模式谐振频率，a表示波导宽边尺寸，l表示波导腔长度，n表示模式标号。
[0042]
采用下式计算滤波器品质因子q值。然后根据插入损耗参数和带外衰减要求，确定滤波器阶数。
[0043][0044]
式中：f
103
表示te
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模的频率，μ0表示真空磁导率，a表示波导宽边尺寸，b表示波导窄边尺寸，l表示波导腔长度，rs表示表面电阻。
[0045]
这些参数确定后，采用下式计算并提取耦合系数，得到滤波器的耦合带宽。
[0046]
cbw＝f0×mij
[0047]
式中，f0表示谐振频率，m
ij
表示耦合系数。
[0048]
其次是建立双腔耦合模型，将上述耦合带宽与双腔耦合模型的耦合带宽数值拟合得到滤波器通带耦合窗口的大小，从而确定了整个滤波器的初始结构原型。
[0049]
需要注意的是，这时没有传输零点的耦合窗口。
[0050]
最后通过滤波器的原型尺寸，根据多耦合理论建立传输零点的耦合模型(如图6)。
[0051]
根据滤波器的规格要求设置相关优化参数，利用软件完成整个滤波器的优化设计，从而得到所要求的基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器。
附图说明
[0052]
图1为实施案例的腔体主视角结构示意图；
[0053]
图2是图1的仰视角示意图；
[0054]
图3是图1的俯视角示意图；
[0055]
图4是图1的右视角示意图；
[0056]
图5是盖板结构示意图；
[0057]
图6是传输零点的耦合模型示意图；
[0058]
图7是实现的结果波形图。
[0059]
图中：滤波器主腔体(1)、输入端(2)、输出端(3)、第一直角转弯波导段(4)、波导传输段(5)、第五零点耦合窗(6)、第四零点耦合窗(7)、第三零点耦合窗(8)、第二零点耦合窗(9)、第一零调谐耦合窗(10)、通带第一耦合窗(11)、第一谐振腔(12)、通带第二耦合窗(13)、第二谐振腔(14)、通带第三耦合窗(15)、第三谐振腔(16)、通带第四耦合窗(17)、第四谐振腔(18)、通带第五耦合窗(19)、第五谐振腔(20)、通带第六耦合窗(21)、输出波导段(22)、第二直角转弯波导段(23)、螺纹孔(24)、标准wr28法兰盘(25)、法兰盘螺纹孔(26)、盖板(27)、零点调谐螺纹孔(28)、盖板安装孔(29)、通带调谐螺纹孔(30)。
具体实施方式
[0060]
本专利发明了一种基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器，属于微波通信、雷达和电子对抗系统技术，主要解决了滤波器谐振腔少而又需要产生比较多的零点，且单路径产生双通带的难题，实现了高性能的基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器。
[0061]
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
[0062]
如图1～5，本例中，一种基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器的设计方法，步骤包括：
[0063]
1)设计的波导腔体是标准矩形波导，在波导的输入输出端口分别是wr28标准矩形波导口；
[0064]
2)设计的标准矩形波导滤波器的结构分为输入口及其传输波导，零点形成部分，谐振腔及耦合窗部分，输出端等四个部分。其中，零点形成部分的开槽耦合窗以及谐振腔及其带宽耦合窗的结构是自对称的；
[0065]
波导按照顺序为输入口及其传输波导部分，决定滤波器带宽的耦合窗与谐振腔交
替排列，它们之间通过感性膜片隔离形成；最后通过输出端口，其中输入端和输出端波导形成直角拐弯，便于系统装配；
[0066]
3)波导输入端口及其长波导传输部分与各个谐振腔通过零点耦合窗形成零点传输结构；
[0067]
4)整个滤波器工作于te
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波导模式，且是单一路径实现双通带；
[0068]
首先完成波导滤波器的腔体加工，再把盖板通过盖板上的多个安装孔及腔体上的多个螺纹孔将盖板安装在波导腔体上。
[0069]
进一步，所述的基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器的设计方法，其特征是所述的波导腔体和盖板的金属表面进行了电镀，其铝材表面电镀层的材料是金属镍和高纯度金属银。
[0070]
进一步，所述的基于te
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和te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器的设计方法，其特征是双通带是通过各个谐振腔产生的te
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和te
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谐振模式，通过多个通带带宽耦合窗形成；多传输零点是通过长波导传输部分与各个谐振腔通过零点耦合窗形成；这两部分结构是该波导滤波器的核心部分。同时，基于te
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和te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器的频带及其零点调整方式是：
[0071]
通过盖板上的螺纹孔，对滤波器的零点和带宽及其带内回波损耗进行调整，滤波器的带外衰减可以通过改变传输零点的位置进行调整，从而压制所需要抑制的频率点或某个频率范围；
[0072]
通过该方法设计得到的基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器，包括腔体和盖板；腔体内部是标准的wr28矩形波导，盖板安装在腔体上，并用螺钉进行紧固后形成密闭波导空间结构，其特征是上面腔体的输入和输出两端是标准的wr28口，且对应的法兰为标准法兰；
[0073]
波导的腔体分为输入端及其传输波导、零点耦合窗、谐振腔及耦合窗，输出端等四个部分，他们以各自的结构成中心自对称；
[0074]
整个波导滤波器的结构按照顺序依次为输入端、波导直角拐弯、长距离传输波导段、通带带宽耦合窗、第一谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、第二谐振腔)以及与其相连的零点耦合窗、第三谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、第四谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、第五谐振腔以及与其相连的零点耦合窗、耦合窗、波导输出段、输出波导直角拐弯以及输出端。腔体上设计了很多螺纹安装，便于盖板与腔体装配。
[0075]
基于te
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和te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器，其特征是所述腔体和盖板的表面具有电镀层，电镀层的材质是镍和银，且是按照先电镀8um厚度的镍，然后电镀4um厚度的银这一流程进行的，其目的是能够降低波导滤波器工作频带内的插入损耗。同时，这样可以保证电镀后银层的可靠性，在恶劣环境下银层不容易起泡和脱落。
[0076]
该技术方案，属于微波通信、雷达以及电子对抗系统技术，本设计方法创新性地采用了单通道、多谐振单一耦合的设计思路，解决了谐振腔少而又要求产生的零点比较多，且单路径产生了双通带的难题，得到了高性能的波导滤波器。基于te
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模的双通带多传输零点波导滤波器具有结构简单，有限谐振腔数量下产生较多的传输零点，单一通带路径产生双通带等优点。
[0077]
本发明是基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器包括一个标准
wr28输入波导口、一个标准wr28输出波导口、直角拐弯的波导段、传输波导、零点形成结构、以及谐振腔及耦合窗部分、输出端等四个部分。其主要设计方法和思想是：首先，设计了双通带滤波器工作中心频率的谐振腔尺寸，根据理论公式可以得到谐振腔尺寸，然后可以得到不同模式下的品质因子q值。根据滤波器品质因子q值、插入损耗参数和带外衰减要求，确定滤波器阶数。这些参数确定后，计算并提取耦合系数，得到滤波器的耦合带宽。其次是建立双腔耦合模型，将上述耦合带宽与双腔耦合模型的耦合带宽数值拟合得到滤波器通带耦合窗口的大小，从而确定了整个滤波器的初始结构原型。需要注意的是，这时没有传输零点的耦合窗口。最后通过滤波器的原型尺寸，根据多耦合理论建立传输零点的耦合模型。根据滤波器的规格要求设置相关优化参数，利用优化算法完成整个滤波器的优化设计，从而得到所要求的基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器。
[0078]
该波导滤波器只需要将加工好的腔体和盖板通过螺钉紧固，盖板与腔体必须紧密接触，形成封闭的波导结构，以利于波导内的信号传输，否则容易产生信号泄露，从而影响波导滤波器的性能指标。在工程项目实践中，为了达到紧密接触以及保证整体的性能，也可以采用腔体和盖板焊接的方式来完成，这样的话波导滤波器的效果更好。需要说明的是，该腔体和盖板必须进行表面电镀，才能用上述焊接的方法实现，这个可以根据项目的实际需要决定。
[0079]
在实现的性能指标方面，首先，基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器是利用标准wr28波导，在仅仅具有5个谐振腔的情况下，通过与输入端口传输段波导和这5个谐振腔相耦合，产生了11个传输零点和非谐振传输零点，这在目前还没有看到利用仅有的5个腔能产生如此多的零点的相关项目或以公开资料的案例。这是一个非常大的突破，对后续的波导滤波器多传输零点的研究开辟了一个新的方向。其次，该波导滤波器利用一腔多模理论，让这5个谐振腔同时产生两种工作模式，这两种工作模式可以形成两个工作带宽，从而提高了通信系统的工作容量，同时还可以将一个通带用于常规通信，另一个通带用于备份通信，增加了系统的可靠性。从这两点可以看出，该波导滤波器的设计灵活性非常的好，指标也领先于传统的波导滤波器。该波导滤波器在微波电子通信系统中有着广阔的市场应用前景。
[0080]
下面是由相关需求而设计的基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器的技术指标及实现的结果(如图7)：
[0081][0082]
本例中，采用标准的ka波段标准波导口，在尺寸方面，宽边为7.12mm，窄边为3.56mm，这样可以保证基于te
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模的双通带多传输零点的波导滤波器安装使用过程中的通用性，为推广该项技术打下良好的基础。本发明所涉及的波导滤波器及其相关技术有着极其广阔的发展前景与应用价值。