一種同軸輸出濾波器及其設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種同軸輸出濾波器及其設(shè)計方法，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。該同軸濾波器包括第一諧振腔（1）、第二諧振腔（2）、第三諧振腔（3）、第一諧振桿（4）、第二諧振桿（5）、第三諧振桿（6）、第一耦合窗口（7）、第二耦合窗口（8）、輸入抽頭耦合線（9）、輸出抽頭耦合線（10）、諧振桿調(diào)節(jié)墊片（11）和蓋板；第一諧振桿（4）位于第一諧振腔（1）內(nèi)，第二諧振桿（5）位于第二諧振腔（2）內(nèi)，第三諧振桿（6）位于第三諧振腔（3）內(nèi)。本發(fā)明通過協(xié)同仿真技術(shù)來調(diào)整三個諧振桿的長度和位置以及它們之間的隔墻的尺寸，使得三個耦合同時達(dá)到需要的耦合量。
【專利說明】一種同軸輸出濾波器及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同軸輸出濾波器及其設(shè)計方法，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]波導(dǎo)濾波器是微波射頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。隨著近年來通信系統(tǒng)的發(fā)展，對濾波器的要求也越來越高，要求在給定的尺寸和接口要求的限制下滿足高抑制、低插損的指標(biāo)。廣義切比雪夫原型通過引入傳輸零點使得滿足同樣的帶外抑制條件下需要更少的諧振器個數(shù)，然而特定的拓?fù)湫问胶婉詈蠘O性的需求經(jīng)常和濾波器的尺寸及接口要求矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了提出一種同軸輸出濾波器及其設(shè)計方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0005]本發(fā)明的一種同軸輸出濾波器，該濾波器不需要交叉耦合結(jié)構(gòu)，通過諧振桿的安裝方式和耦合窗口形狀控制耦合的極性與耦合量大小從而完成傳輸零點的產(chǎn)生與調(diào)整；
[0006]該同軸輸出濾波器為一三階同軸濾波器，該同軸濾波器包括第一諧振腔、第二諧振腔、第三諧振腔、第一諧振桿、第二諧振桿、第三諧振桿、臺階耦合窗口、第二耦合窗口、輸入抽頭耦合線、輸出抽頭耦合線、諧振桿調(diào)節(jié)墊片和蓋板；第一諧振桿位于第一諧振腔內(nèi)，第二諧振桿位于第二諧振腔內(nèi)，第三諧振桿位于第三諧振腔內(nèi)；
[0007]該同軸濾波器為一長方體中空盒體，盒體頂部蓋有蓋板，輸入抽頭耦合線從長方體的窄邊側(cè)面輸入腔體，直接焊接在第一諧振桿上，第一諧振桿安裝在長方體的長邊側(cè)面上，第一諧振桿與第二諧振桿、第三諧振桿通過臺階型耦合窗口實現(xiàn)耦合，第二諧振桿安裝在長方體的底面，并通過第二耦合窗口與第三諧振桿實現(xiàn)耦合，第三諧振桿安裝在長方體長邊的另一個側(cè)面上；輸出抽頭耦合線焊接在第三諧振桿上，并在長方體的另一個窄邊側(cè)面輸出腔體；第一諧振桿、第二諧振桿、第三諧振桿安裝時用諧振桿調(diào)節(jié)墊片進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。
[0008]本發(fā)明所述的濾波器可擴(kuò)展到高階濾波器形式。可以廣泛應(yīng)用到射頻無線通信系統(tǒng)中。
[0009]本發(fā)明的一種同軸輸出濾波器的設(shè)計方法，步驟為:
[0010]I在建立好的全波電磁仿真模型中加入集總端口，在每個諧振器的電場最大的位置加入一個與電場方向一致的端口。對于同軸濾波器，因其在諧振桿的開路端電場最大，因而該集總端口的建立規(guī)則為一端從諧振桿的開路端開始，沿電場方向延伸到地即腔體內(nèi)表面。第一諧振桿建立了集總端口 1，第二諧振桿建立了集總端口 2，第三諧振桿建立了集總端口 3。
[0011 ] 2在加入了集總端口的同軸濾波器全波電磁仿真模型進(jìn)行有效的整場電磁仿真分析。
[0012]3仿真完成后得到一個由濾波器的輸入輸出端口和3個集總端口構(gòu)成的5端口仿真結(jié)果，然后使用電路級仿真，通過在3個集總端口末端和兩兩端口之間加集總電容，調(diào)節(jié)這些集總電容的數(shù)值使得濾波器的仿真結(jié)果達(dá)到理想濾波器的響應(yīng)結(jié)果。
[0013]4通過調(diào)節(jié)電容的大小判斷臺階耦合窗口和第二耦合窗口的尺寸及第一諧振桿、第二諧振桿和第三諧振桿高度與理想尺寸的偏差，然后修改整場模型中相應(yīng)的尺寸。然后重新由步驟2開始下一輪仿真與優(yōu)化設(shè)計，直到全波電磁場模型的仿真結(jié)果達(dá)到理想的響應(yīng)結(jié)果。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明通過協(xié)同仿真技術(shù)來調(diào)整三個諧振桿的長度和位置以及它們之間的隔墻的尺寸，使得三個耦合同時達(dá)到需要的耦合量，解決了因為提出的結(jié)構(gòu)不滿足對稱性條件而沒法用傳統(tǒng)方法設(shè)計的問題。
[0016]本發(fā)明最終的產(chǎn)品只需要對三個諧振桿的高度通過諧振桿調(diào)節(jié)墊片進(jìn)行微調(diào)就可以達(dá)到與仿真結(jié)果一致的性能。
[0017]本發(fā)明由于整個結(jié)構(gòu)沒有使用調(diào)節(jié)螺釘，所以可以在很大程度上提高濾波器的功
率容量。
[0018]本發(fā)明所述的濾波器可擴(kuò)展到高階濾波器形式?？梢詮V泛應(yīng)用到射頻無線通信系統(tǒng)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的濾波器原理電路圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為濾波器協(xié)同仿真場模型，圖中標(biāo)出了每個諧振器內(nèi)加入了用于協(xié)同調(diào)節(jié)的集總端口 ；
[0022]圖4為濾波器的最終全波仿真結(jié)果圖，由仿真結(jié)果可見使用協(xié)同仿真方法可以通過迭代方法快速得到濾波器的理想響應(yīng)所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]實施例
[0025]該同軸輸出濾波器為一三階同軸濾波器，該同軸濾波器包括第一諧振腔1、第二諧振腔2、第三諧振腔3、第一諧振桿4、第二諧振桿5、第三諧振桿6、臺階耦合窗口 7、第二耦合窗口 8、輸入抽頭耦合線9、輸出抽頭耦合線10、諧振桿調(diào)節(jié)墊片11和蓋板；第一諧振桿4位于第一諧振腔I內(nèi)，第二諧振桿5位于第二諧振腔2內(nèi)，第三諧振桿6位于第三諧振腔3內(nèi)；
[0026]該同軸濾波器為一長方體中空盒體，盒體頂部蓋有蓋板，輸入抽頭耦合線9從長方體的窄邊側(cè)面輸入腔體，直接焊接在第一諧振桿4上，第一諧振桿4安裝在長方體的長邊側(cè)面上，第一諧振桿4與第二諧振桿5、第三諧振桿6通過臺階型耦合窗口 7實現(xiàn)耦合，第二諧振桿5安裝在長方體的底面，并通過第二耦合窗口 8與第三諧振桿6實現(xiàn)耦合，第三諧振桿6安裝在長方體長邊的另一個側(cè)面上；輸出抽頭耦合線10焊接在第三諧振桿6上，并在長方體的另一個窄邊側(cè)面輸出腔體；第一諧振桿4、第二諧振桿5、第三諧振桿6安裝時用諧振桿調(diào)節(jié)墊片11進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。
[0027]下面給出使用協(xié)同仿真方法設(shè)計該濾波器的技術(shù)流程:
[0028]1、按照圖1的電路原理圖可以得知，第一諧振腔1、第二諧振腔2、第三諧振腔3之間的耦合均為負(fù)耦合，而按照電磁場耦合理論知，諧振桿的安裝方向可以控制耦合的極性，安裝面諧振桿短路面在同一個平面上的兩個諧振器的耦合為正耦合，安裝面在不同平面上的耦合為負(fù)耦合。因而圖2所述的結(jié)構(gòu)形式則可以實現(xiàn)負(fù)耦合。
[0029]2、對于臺階耦合窗口 7和第二耦合窗口 8的尺寸及第一諧振桿4、第二諧振桿5和第三諧振桿6高度的確定，需要使用協(xié)同仿真技術(shù)。其操作方法為在建立好的全波電磁仿真模型中加入集總端口，其建立規(guī)則為在每個諧振器的電場最大的位置加入一個與電場方向一致的端口。對于同軸濾波器，因其在諧振桿的開路端電場最大，因而該集總端口的建立規(guī)則為一端從諧振桿的開路端開始，沿電場方向延伸到地即腔體內(nèi)表面。如圖3所示，第一諧振桿4建立了集總端口 1，第二諧振桿5建立了集總端口 2，第三諧振桿4建立了集總端Π 3。
[0030]3、在加入了集總端口的同軸濾波器全波電磁仿真模型進(jìn)行有效的整場電磁仿真分析。
[0031]4、仿真完成后得到一個由濾波器的輸入輸出端口和3個集總端口構(gòu)成的5端口仿真結(jié)果，然后使用電路級仿真，通過在3個集總端口末端和兩兩端口之間加集總電容，調(diào)節(jié)這些集總電容的數(shù)值使得濾波器的仿真結(jié)果達(dá)到理想濾波器的響應(yīng)結(jié)果。
[0032]5、通過調(diào)節(jié)電容的大小判斷臺階耦合窗口 7和第二耦合窗口 8的尺寸及第一諧振桿4、第二諧振桿5和第三諧振桿6高度與理想尺寸的偏差，然后修改整場模型中相應(yīng)的尺寸。然后重新由步驟3開始下一輪仿真與優(yōu)化設(shè)計，直到全波電磁場模型的仿真結(jié)果達(dá)到理想的響應(yīng)結(jié)果。仿真結(jié)果如圖4所示。有著很好的濾波特性，其中Sll回波損耗表示能量從輸入口輸入時，反射回輸入端口的能量，S21插入損耗表不輸入口傳輸?shù)捷敵隹跁r的能量。
【權(quán)利要求】
1.一種同軸輸出濾波器，其特征在于:該同軸輸出濾波器為一三階同軸濾波器，該同軸濾波器包括第一諧振腔(I)、第二諧振腔(2)、第三諧振腔(3)、第一諧振桿(4)、第二諧振桿(5)、第三諧振桿(6)、臺階f禹合窗口(7)、第二f禹合窗口(8)、輸入抽頭f禹合線(9)、輸出抽頭耦合線(10)和蓋板；第一諧振桿(4)位于第一諧振腔(I)內(nèi)，第二諧振桿(5)位于第二諧振腔(2)內(nèi)，第三諧振桿(6)位于第三諧振腔(3)內(nèi)； 該同軸濾波器為一長方體中空盒體,盒體頂部蓋有蓋板,輸入抽頭耦合線(9 )從長方體的窄邊側(cè)面輸入腔體，直接焊接在第一諧振桿(4)上，第一諧振桿(4)安裝在長方體的長邊側(cè)面上，第一諧振桿(4)與第二諧振桿(5)、第三諧振桿(6)通過臺階型耦合窗口(7)實現(xiàn)耦合，第二諧振桿(5)安裝在長方體的底面，并通過耦合窗口(8)與第三諧振桿(6)實現(xiàn)耦合，第三諧振桿(6)安裝在長方體長邊的另一個側(cè)面上；輸出抽頭耦合線(10)焊接在第三諧振桿(6)上，并在長方體的另一個窄邊側(cè)面輸出腔體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸輸出濾波器，其特征在于:第一諧振桿(4)、第二諧振桿(5)、第三諧振桿(6)安裝時用諧振桿調(diào)節(jié)墊片進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。
3.一種同軸輸出濾波器的設(shè)計方法，其特征在于: 1)使用協(xié)同仿真技術(shù)在建立好的全波電磁仿真模型中加入集總端口，該集總端口從諧振桿電場最大的開路端開始，沿電場方向延伸到腔體內(nèi)表面，在第一諧振桿(4)建立集總端口 1，在第二諧振桿(5)建立集總端口 2，第三諧振桿(4)建立集總端口 3 ； 2)在加入了集總端口的同軸濾波器全波電磁仿真模型進(jìn)行有效的整場電磁仿真分析； 3)仿真完成后得到一個由濾波器的輸入輸出端口和3個集總端口構(gòu)成的5端口仿真結(jié)果，然后使用電路級仿真，通過在3個集總端口末端和兩兩端口之間加集總電容，調(diào)節(jié)這些集總電容的數(shù)值使得濾波器的仿真結(jié)果達(dá)到理想濾波器的響應(yīng)結(jié)果； 4)通過調(diào)節(jié)電容的大小判斷臺階耦合窗口(7)和第二耦合窗口(8)的尺寸及第一諧振桿(4)、第二諧振桿(5)和第三諧振桿(6)高度與理想尺寸的偏差，然后修改整場模型中相應(yīng)的尺寸；然后重新由步驟2)開始下一輪仿真與優(yōu)化設(shè)計，直到全波電磁場模型的仿真結(jié)果達(dá)到理想的響應(yīng)結(jié)果。
【文檔編號】H01P1/205GK103474730SQ201310446201
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】楊毅民, 林浩佳, 張能, 姜立偉, 李秋強 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所