專利名稱：一種同軸低通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達、微波通信技術(shù)中的一種低通濾波器，特別是一種在高功率工作條件下可對高次諧波進行抑制的低通濾波器。
背景技術(shù)：
濾波器是無線通信系統(tǒng)中不可缺少的器件之一，無線通信系統(tǒng)頻率資源的緊缺對濾波器的指標要求越來越高。由于頻譜越來越密集，相互之間的干擾也越來越明顯，為了避免這種干擾，則需要具有超寬帶高抑制特性的濾波器。傳統(tǒng)的同軸低通濾波器結(jié)構(gòu)包括套筒、設(shè)于套筒內(nèi)的帶高、低阻抗段的傳輸線(內(nèi)導體)及分別與傳輸線兩端通過針形連接頭 /孔連接的輸入、輸出接頭。文獻名為《Precise Design of Coaxial Low-Pass Filters (同軸低通濾波器的精確設(shè)計)》(“IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques”， vol. MTT-16, pp. 142-147, March 1968)所公開的技術(shù)即屬于此類同軸低通濾波器；但該低通濾波器存在以下不足其一，只適用于頻率在3. OGHz以下時應(yīng)用、其倍頻程帶寬僅2. 3左右；其二，該同軸低通濾波器在高低阻抗傳輸線和接頭之間沒設(shè)阻抗匹配段、導致插入損耗很大，且傳輸線(高低阻抗線)的第一段直徑必須與接頭直徑相同，否則將影響濾波器的性能。而在公告號為CN201039100Y、發(fā)明名稱為《同軸型大功率低通濾波器-阻抗變換器》的專利文獻中所公開的同軸低通濾波器、雖然在傳輸線兩端與輸入、輸出接頭之間增設(shè)了阻抗匹配段，但該同軸低通濾波器也只能工作在FM廣播頻段(88-108MHZ)、倍頻程帶寬僅2. 4 左右，且其高低阻抗線之間采用螺紋連接、其同心度差，對性能影響較大，器件的裝配難度大、成品率較低。因此，上述同軸低通濾波器存在倍頻程帶寬均低于2. 5 (僅2. 3-2. 4)、且當分別處于3. 5GHz、108MHz以上的較高頻段工作時，由于高次諧波的影響，其性能會急劇下降，甚至失去濾波功能等缺陷。由于同軸低通濾波器在8GHz以上的高頻段應(yīng)用時，高次諧波對帶外抑制性能影響很大。例如，采用上述傳統(tǒng)方法設(shè)計的通帶為DC 12. 4GHz的同軸低通濾波器，當工作在 17 23GHz范圍內(nèi)時，其高次諧波抑制度僅為55dB左右(圖3即為該低通濾波器對高次諧波的抑制效果曲線圖)，與高次諧波抑制度應(yīng)> 75dB的要求差距較大；要提高其對高次諧波的抑制度、傳統(tǒng)的方法是通過減小同軸低通濾波器中傳輸線的直徑來實現(xiàn)，而傳統(tǒng)同軸低通濾波器中的傳輸線一般采用銅或鋁合金制作，當傳輸線的直徑、特別是其中高(特性) 阻抗傳輸段過細時，不但其加工難度大、而且會大幅度降低濾波器的功率容量；此外由于其材質(zhì)鋼性差、也將降低器件的強度、性能的穩(wěn)定性和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，改進設(shè)計一種同軸低通濾波器，以有效抑制高次諧波對超寬帶低通濾波器性能的影響；達到在確保高、低阻抗段的傳輸線具有足夠強度的基礎(chǔ)上、實現(xiàn)同軸低通濾波器6. 5倍的倍頻程帶寬、提高器件的強度、功率容量、性能的穩(wěn)定性和使用壽命，并降低器件的加工難度、提高產(chǎn)品的成品率等目的。
本發(fā)明的解決方案是在保留傳統(tǒng)同軸低通濾波器中帶高、低阻抗段及阻抗匹配段的傳輸線(內(nèi)導體)的基礎(chǔ)上，在該傳輸線兩端分別增設(shè)一高次諧波抑制段和一接頭匹配段，同時在傳統(tǒng)同軸低通濾波器的套筒(外導體)與輸入、輸出接頭之間分別增設(shè)一帶高次諧波抑制腔和接頭匹配腔的高次諧波抑制筒，各高次諧波抑制筒與傳輸線兩端增設(shè)的諧波抑制段和接頭匹配段配合、在工作時抑制信號輸入及輸出中的高次諧波；從而克服背景技術(shù)通過減小傳輸線中高、低阻抗段的直徑，降低其強度、犧牲功率容量等性能來抑制其高次諧波所存在的弊端，本發(fā)明在傳輸線的中部設(shè)置高、低阻抗段，同時將設(shè)于高、低阻抗段兩端原與輸入、輸出接頭匹配的阻抗匹配段，改為與新增的高次諧波抑制段匹配的高次諧波阻抗匹配段、以降低回波對傳輸信號造成的影響；本發(fā)明即以此實現(xiàn)其發(fā)明目的。因此，本發(fā)明同軸低通濾波器包括套筒，設(shè)于套筒內(nèi)含高、低阻抗段及位于高、低阻抗段兩端的阻抗匹配段在內(nèi)的傳輸線，以及輸入、輸出接頭，關(guān)鍵在于在傳輸線的兩阻抗匹配段的前端分別依次增設(shè)了一高次諧波抑制段和一接頭匹配段、兩阻抗匹配段則相應(yīng)作為高次諧波阻抗匹配段；而在套筒與輸入、輸出接頭之間則分別增設(shè)一帶高次諧波抑制腔和接頭匹配腔的高次諧波抑制筒；套筒的兩端通過螺紋分別與兩個高次諧波抑制筒緊固連接、兩個高次諧波抑制筒的另一端則分別與輸入、輸出接頭緊固連接；傳輸線中高、低阻抗段及高次諧波阻抗匹配段仍設(shè)于套筒內(nèi)，而高次諧波抑制段和接頭匹配段則分別設(shè)于高次諧波抑制筒內(nèi)相應(yīng)的高次諧波抑制腔及接頭匹配腔內(nèi)、并通過兩端的接頭匹配段分別與輸入、輸出接頭連接。上述帶高、低阻抗段，高次諧波阻抗匹配段、高次諧波抑制段和接頭匹配段的傳輸線，其傳輸線為表面鍍銀的鋁合金傳輸線或表面鍍銀的不銹鋼傳輸線。所述高次諧波抑制筒與套筒均為鋁合金筒體。本發(fā)明由于在傳統(tǒng)同軸低通濾波器中帶高、低阻抗段及阻抗匹配段的傳輸線兩端分別增加了一高次諧波抑制段和一接頭匹配段，同時在傳統(tǒng)同軸低通濾波器的套筒與輸入、輸出接頭之間分別增設(shè)了一帶高次諧波抑制腔和接頭匹配腔的高次諧波抑制筒，與傳輸線兩端增設(shè)的諧波抑制段和接頭匹配段配合、以在工作時抑制信號輸入及輸出中的高次諧波，從而克服了背景技術(shù)通過減小傳輸線中高、低阻抗段的直徑，降低其強度、犧牲功率容量等性能來抑制其高次諧波所存在的弊端；本發(fā)明與背景技術(shù)相比倍頻程帶寬可由背景技術(shù)的低于2. 5 (倍)提高到6. 5 (倍)，在高、低阻抗段結(jié)構(gòu)相同及通帶均為DC 12. 4GHZ、 且工作在17 22. 4GHz范圍內(nèi)時，本發(fā)明可將高次諧波抑制度由背景技術(shù)的55dB左右、提高到75dB以上。因而，本發(fā)明同軸低通濾波器具有倍頻程帶寬可達6. 5(倍)，對高次諧波抑制度可達75dB以上，且器件的強度高、功率容量大、性能的穩(wěn)定性及使用壽命長，而器件的加工難度低、產(chǎn)品的成品率高等特點。


圖I.為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(剖視圖)；圖中1.套筒，2.傳輸線、2-1.低阻抗段、2-2.高阻抗段、2_3.高次諧波阻抗匹配段、2-4.高次諧波抑制段、2-5.接頭匹配段、2-6.針形連接頭，3.高次諧波抑制筒、3-1.高次諧波抑制腔、3-2.接頭匹配腔，4.輸入/輸出接頭；圖2.為本發(fā)明實施方式仿真運行中諧波抑制效果曲線圖，CN
圖3.通帶為DC 12. 4GHZ的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)低通濾波器仿真運行時諧波抑制效果曲線圖；在附圖2、3中實線為信號(主模)傳輸曲線，帶三角形的虛線為信號主模激勵起的高次諧波(高次模)I的傳輸曲線、虛線為信號主模激勵起的高次諧波(高次模)2的傳輸曲線；
具體實施例方式以通帶為DC 12. 4GHz的低通濾波器為例套筒I軸向長32mm，內(nèi)、外徑分別為 Φ7·ι及ΦΙΟπιπι，材質(zhì)為LY12-CZ鋁合金；高次諧波抑制筒3亦采用LY12-CZ材料、軸向長為 18. 75mm、外徑為Φ 16mm，其內(nèi)的高次諧波抑制腔3_1的長度和直徑分別為5mm和Φ3. 2mm、 接頭匹配腔3-2的長度和直徑分別為7. 75mm和Φ 5mm，兩個高次諧波抑制筒3分別與套筒 I的兩端通過螺紋緊固連接成一體、而各高次諧波抑制筒的另一端則分別與輸入/輸出接頭4緊固連接；本實施方式傳輸線2采用不銹鋼制作、表面鍍銀，傳輸線共設(shè)7個低阻抗段 2-1和8個高阻抗段2-2，在低、高阻抗段兩端分別依次增設(shè)高次諧波阻抗匹配段2-3、高次諧波抑制段2-4、接頭匹配段2-5以及用于與輸入/輸出接頭連接的針形連接頭2-6，其中 低、高阻抗段2-1與2-2以中間的(第4個)低阻抗段為中心間隔設(shè)置，各低阻抗段2-1 的直徑均為Φ4. 3mm、中間的(第4個)低阻抗段軸向長為I. 17mm,以其為對稱左右(前、 后)各三個低阻抗段的軸向長依次為I. 16mm、I. IOmm及O. 80mm ;各高阻抗段2_2直徑均為 Φ1. Omm，亦以中間的(第4個)低阻抗段為對稱、左右(前、后)各四個高阻抗段的長度依次為2. 36mm,2. 33mm、2. 23mm及I. 45mm，兩個高次諧波阻抗匹配段2_3的長度和直徑分別為 3mm和Φ 3. 04mm,兩個高次諧波抑制段2_4的長度和直徑分別為6. 5mm和Φ I. 4mm,兩個接頭匹配段2-5的長度和直徑分別為7_和Φ2. 17_，本實施方式傳輸線2兩端仍采用傳統(tǒng)的針形連接頭(2-6)與輸入/輸出接頭4連接；整條傳輸線2仍設(shè)于套筒I和高次諧波抑制筒3的軸心線上。本實施方式經(jīng)仿真運行，在O. I 17GHz范圍內(nèi)對高次諧波I的抑制度大于90dB、 對高次諧波2的抑制度大于80dB ;在17 23GHz范圍內(nèi)對高次諧波1、2的抑制度均大于 95dB ;在23 40GHz范圍內(nèi)對高次諧波1、2的抑制度均大于75dB，且具有6. 5倍的倍頻程帶寬，功率容量> 35KW ;因此可確保同軸低通濾波器的性能滿足使用的要求。附圖2即為本實施方式仿真運行中的高次諧波抑制效果曲線圖。圖3為采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所設(shè)計的通帶為DC 12. 4GHz的同軸低通濾波器仿真運行時對高次諧波的抑制效果曲線圖；在O. I 17GHz范圍內(nèi)對高次諧波1、2的抑制度大于 70dB ;但在17 23GHz范圍內(nèi)對高次諧波1、2的抑制度均在50dB左右；在23 40GHz范圍內(nèi)對高次諧波1、2的抑制度大于75dB。因此，在17 23GHz范圍內(nèi)其對高次諧波1、2的帶外抑制能力很差，從而使同軸低通濾波器性能達不到使用的要求。
權(quán)利要求
1.一種同軸低通濾波器，包括套筒，設(shè)于套筒內(nèi)含高、低阻抗段及位于高、低阻抗段兩端的阻抗匹配段在內(nèi)的傳輸線，以及輸入、輸出接頭，其特征在于在傳輸線的兩阻抗匹配段的前端分別依次增設(shè)了一高次諧波抑制段和一接頭匹配段、兩阻抗匹配段則相應(yīng)作為高次諧波阻抗匹配段；而在套筒與輸入、輸出接頭之間則分別增設(shè)一帶高次諧波抑制腔和接頭匹配腔的高次諧波抑制筒；套筒的兩端通過螺紋分別與兩個高次諧波抑制筒緊固連接、兩個高次諧波抑制筒的另一端則分別與輸入、輸出接頭緊固連接；傳輸線中高、低阻抗段及高次諧波阻抗匹配段仍設(shè)于套筒內(nèi)，而高次諧波抑制段和接頭匹配段則分別設(shè)于高次諧波抑制筒內(nèi)相應(yīng)的高次諧波抑制腔及接頭匹配腔內(nèi)、并通過兩端的接頭匹配段分別與輸入、 輸出接頭連接。
2.按權(quán)利要求I所述同軸低通濾波器，其特征在于所述帶高、低阻抗段，高次諧波阻抗匹配段、高次諧波抑制段和接頭匹配段的傳輸線為表面鍍銀的鋁合金傳輸線或表面鍍銀的不銹鋼傳輸線。
3.按權(quán)利要求I所述同軸低通濾波器，其特征在于所述高次諧波抑制筒與套筒均為鋁合金筒體。
全文摘要
該發(fā)明屬于雷達、微波通信技術(shù)中的一種可對高次諧波進行抑制的同軸低通濾波器，包括套筒，位于套筒兩端的帶高次諧波抑制腔和接頭匹配腔的高次諧波抑制筒，設(shè)于套筒及高次諧波抑制筒內(nèi)含高、低阻抗段、高次諧波阻抗匹配段、高次諧波抑制段和接頭匹配段在內(nèi)的傳輸線，以及輸入、輸出接頭。該發(fā)明由于在原傳輸線兩端分別增加了一高次諧波抑制段和一接頭匹配段，同時在套筒與輸入、輸出接頭之間分別增設(shè)了與傳輸線中的諧波抑制段和接頭匹配段配合的高次諧波抑制筒；因而，該發(fā)明具有倍頻程帶寬可達6.5倍，對高次諧波抑制度可達75dB以上，且器件的強度高、功率容量大、性能的穩(wěn)定性及使用壽命長，而器件的加工難度低、產(chǎn)品的成品率高等特點。
文檔編號H01P1/202GK102610878SQ201110293599
公開日2012年7月25日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者侯麗華, 楊進釧, 程少飛, 羅勇, 賈寶富 申請人:電子科技大學