阅读说明：本技术 基于te103波导模式的双工滤波器 (Duplex filter based on TE103 waveguide mode ) 是由 武永 曾庆生 张言东 陈梦悦 于 2019-12-08 设计创作，主要内容包括：一种基于TE103波导模式的双工滤波器,包括主腔体和盖板,盖板盖在主腔体上构成波导腔体。所述盖板的中心位置设有公共波导口；主腔体的中心位置处设有台阶,台阶在公共波导口于主腔体的投影位置处；主腔体的分为高频率腔体和低频率腔体；高频率腔体和低频率腔体是成两边分布的结构；高频率腔体和低频率腔体通过公共耦合窗耦合,台阶在公共耦合窗内；对于高频率腔体：从左到右依次是高频段波导口、高频率TE103模式的交叉耦合窗、高频率TE103模式耦合窗和高频率TE103模式谐振腔；对于低频率腔体：从右到左依次是低频段波导口、低频率的TE103模式的交叉耦合窗、低频率TE103模式耦合窗和低频率TE103模式谐振腔。(A duplex filter based on TE103 waveguide mode comprises a main cavity and a cover plate, wherein the cover plate covers the main cavity to form a waveguide cavity. A common waveguide port is formed in the center of the cover plate; a step is arranged at the central position of the main cavity, and the step is positioned at the projection position of the common waveguide port on the main cavity; the main cavity is divided into a high-frequency cavity and a low-frequency cavity; the high-frequency cavity and the low-frequency cavity are in a structure with two sides distributed; the high-frequency cavity and the low-frequency cavity are coupled through a common coupling window, and the step is arranged in the common coupling window; for a high frequency cavity: from left to right, a high-frequency band waveguide port, a high-frequency TE103 mode cross coupling window, a high-frequency TE103 mode coupling window and a high-frequency TE103 mode resonant cavity are arranged in sequence; for low frequency cavities: from right to left are the low-band waveguide port, the low-frequency cross-coupling window of the TE103 mode, the low-frequency TE103 mode coupling window, and the low-frequency TE103 mode resonator cavity.)

基于TE103波导模式的双工滤波器

技术领域

本发明涉及的是微波毫米波通信领域，具体的说是一种基于TE103波导模 式的双工滤波器。

背景技术

随着通信技术的不断进步，传统通信频谱资源越来越紧张，且人们对信息业 务的要求也愈来愈高，传统的通信手段已经不能满足人们对高速发展的信息社会 的要求，通信方式基本上面临通信容量小，数据传输速率比较低的问题。那么解 决这些问题就需要向更高的频段发展，因为只有将传输频率提高，才能使工作频 带更宽，通信容量更大。随着这样的通信需求增加，相关的通信系统的研制就必 须要发展起来。目前来看，这样的通信系统已经在市场上有一定是市场占有率， 未来高容量、高速率数据传输的大发展在不远的将来是必然的。

然而，众所周知，随着通信系统的工作频率的不断升高，相关电子元器件的 研发变得越来越困难，技术和工艺要求也越来越高，尤其在毫米波频段，要想在 该频段的发射机发射的信号通信距离更远，就需要增加发射机的输出功率。而对 于毫米波来说，往往发射功率增加一点点就可能需要付出很高的代价才能实现。 因此，采用这样的方式来提高发射功率对于毫米波通信的市场普及是不利的，这 就要求必须从其他方面寻找技术突破，来弥补这一方式的不足。

纵观大多数的毫米波通信系统，它们的实现方案基本上是千篇一律的，其中 有一点就是这些系统中有一个基本的器件即波导双工滤波器，这是一个无源有功 率损耗的器件，尤其在毫米波通信中其处于系统的收发前端，它性能的好坏，直 接影响着整个通信系统的性能。而当前常见的通信设备中，波导双工滤波器的指 标还有待于进一步的提高，尤其是插入损耗的减小，直接影响着发射机的输出功 率，就是这一点点的改变，对系统的性能提升具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是实现基于TE103波导模式的双工滤波器，针对目前微波毫 米波通信系统的高要求，提供一种具有结构简单，加工复杂度低、装配误差对技 术指标影响小等突出优点，同时解决了带内插入损耗与带外高衰减这一矛盾要 求。由于结构简单，也就提高了器件的可靠性，能有效地微波毫米波通信系统的 相关更高要求，在微波毫米波通信系统的中有着广阔的应用前景。

本发明为一种基于TE103波导模式的双工滤波器，包括主腔体1和盖板20， 盖板盖在主腔体上，构成波导腔体。所述盖板的中心位置设有公共波导口18； 主腔体的中心位置处设有台阶2，台阶2在公共波导口18于主腔体的投影位置 处；

主腔体的分为高频率腔体和低频率腔体；高频率腔体和低频率腔体是关于直 线l1成两边分布的结构；高频率腔体和低频率腔体通过公共耦合窗耦合，台阶2 在公共耦合窗内，公共耦合窗的中线是直线l1，台阶2的长度方向的中线l2在 公共耦合窗的投影与直线l1重合；

对于高频率腔体：

从左到右依次是高频段波导口9、高频率TE103模式的交叉耦合窗7、高频 率TE103模式耦合窗8和高频率TE103模式谐振腔6；

高频率腔体的腔体结构为：两个左右并列的“U”字型腔体，两个“U”字 型腔体上方是“一”字型腔体；

左“U”字型腔体的左边耦合于所述高频段波导口9；“一”字型腔体的左边 通过耦合孔耦合于左“U”字型腔体的左边，在这个耦合孔即为TE103模式的交 叉耦合窗7；“一”字型腔体的右边通过耦合孔耦合于左“U”字型腔体的右边， 在这个耦合孔即为高频率TE103模式耦合窗8；

左、右“U”字型腔体的连接边伸入“一”字型腔体内，且与“一”字型腔 体的顶边之间构成耦合孔，这个耦合孔与“一”字型腔体右边之间的腔体即为高 频率TE103模式谐振腔6；

右“U”字型腔体的右边耦合于公共耦合窗，“一”字型腔体的右边通过耦 合孔耦合于右“U”字型腔体的右边；

在“一”字型腔体、各个“U”字型腔体以及各个耦合孔的侧面开有贯穿于 主腔体的调谐螺纹孔；

对于低频率腔体：

从右到左依次是低频段波导口10、低频率的TE103模式的交叉耦合窗5、 低频率TE103模式耦合窗4和低频率TE103模式谐振腔3。

进一步，所述公共波导口18是标准BJ320波导口；高频段波导口9是BJ320 高频段波导口；低频段波导口10是BJ320低频段波导口。

进一步，所述公共波导口18是公共波导T型接头。

本发明利用了波导TE103模式的谐振腔高Q值在波导滤波器中可以产生很 好的通带插入损耗的特点，同时加入了谐振腔的交叉耦合结构来提高高低端的通 带隔离。在结构方面，由于加工方便，装配对性能指标的影响几乎可以忽略，技 术指标优良等，这也是本发明的突出优势。

附图说明

图1是本实施例的双工滤波器主腔体部分的仰视图；

图2是本实施例的双工滤波器主腔体部分的主视图；

图3是本实施例的双工滤波器主腔体部分的俯视图；

图4是本实施例的双工滤波器盖板部分的仰视图；

图5是本实施例的双工滤波器盖板部分的主视图；

图6是本实施例的双工滤波器盖板部分的俯视图；

图7是本实施例的双工滤波器的外形示意图；

图中：主腔体(1)、波导T型接头中心的台阶(2)、低频率TE103模式谐 振腔(3)、低频率TE103模式耦合窗(4)、低频率的TE103模式的交叉耦合窗 (5)、高频率TE103模式谐振腔(6)、高频率的TE103模式的交叉耦合窗(7)、 高频率TE103模式耦合窗(8)、BJ320高频段波导口(9)、BJ320低频段波导口 (10)、高频率谐振调谐螺纹孔(11)、高频率耦合调谐螺纹孔(12)、低频率耦 合调谐螺纹孔(13)、低频率谐振调谐螺纹孔(14)、主腔体的固定孔(15)、安 装孔(16)、公共端口的安装孔(17)、公共波导口(波导T型接头)(18)、盖 板的紧固孔(19)、盖板(20)。

具体实施方式

本发明提出了一种基于TE103波导模式的双工滤波器，属于微波毫米波通 信领域。主要利用TE103波导模式的特点解决了常规波导双工滤波器的单腔谐 振Q值相对较小的问题，带来了低损耗，高带外衰减的结果，而且所用的设计 方法简单，设计方案容易实现，通带插入损耗较常规波导滤波器小等特点。

下面结合附图与具体实施例对本发明进一步说明：

一种基于TE103波导模式的双工滤波器，包括主腔体1和盖板20，盖板盖 在主腔体上，构成波导腔体。所述盖板的中心位置设有公共波导口18；主腔体 的中心位置处设有台阶2，台阶2在公共波导口18于主腔体的投影位置处；

主腔体的分为高频率腔体和低频率腔体；高频率腔体和低频率腔体是关于直 线l1成两边的结构；高频率腔体和低频率腔体通过公共耦合窗耦合，台阶2在 公共耦合窗内，公共耦合窗的中线是直线l1，台阶2的长度方向的中线l2在公 共耦合窗的投影与直线l1重合；

对于高频率腔体：

从左到右依次是高频段波导口9、高频率TE103模式的交叉耦合窗7、高频 率TE103模式耦合窗8和高频率TE103模式谐振腔6；

高频率腔体的腔体结构为：两个左右并列的“U”字型腔体，两个“U”字 型腔体上方是“一”字型腔体；

左“U”字型腔体的左边耦合于所述高频段波导口9；“一”字型腔体的左边 通过耦合孔耦合于左“U”字型腔体的左边，在这个耦合孔即为TE103模式的交 叉耦合窗7；“一”字型腔体的右边通过耦合孔耦合于左“U”字型腔体的右边， 在这个耦合孔即为高频率TE103模式耦合窗8；

左、右“U”字型腔体的连接边伸入“一”字型腔体内，且与“一”字型腔 体的顶边之间构成耦合孔，这个耦合孔与“一”字型腔体右边之间的腔体即为高 频率TE103模式谐振腔6；

右“U”字型腔体的右边耦合于公共耦合窗，“一”字型腔体的右边通过耦 合孔耦合于右“U”字型腔体的右边；

在“一”字型腔体、各个“U”字型腔体以及各个耦合孔的侧面开有贯穿于 主腔体的调谐螺纹孔；

对于低频率腔体：

从右到左依次是低频段波导口10、低频率的TE103模式的交叉耦合窗5、 低频率TE103模式耦合窗4和低频率TE103模式谐振腔3。

进一步，所述公共波导口18是标准BJ320波导口；高频段波导口9是BJ320 高频段波导口；低频段波导口10是BJ320低频段波导口。

进一步，所述公共波导口18是公共波导T型接头。

本例的基于TE103波导模式的双工滤波器，其原理是包括一个公共标准 BJ320波导口18、一个标准的BJ320高频段波导口9、一个标准的BJ320低频段 波导口10、高低端TE103模式谐振腔3、6、高低端TE103模式耦合窗4、8、 高低频率的TE103模式的交叉耦合窗5、7、公共波导T型接头18、主腔体盖板 20以及调谐螺纹孔11、12、13、14等构成。

其中，高低频率的TE103模式谐振腔是该波导模式的双工滤波器的核心部 分，也是TE103波导模式的双工滤波器单腔高Q值的关键部分，它直接决定了 TE103波导模式的双工滤波器的通带插入损耗。根据相关理论可知，单腔Q值 的定义是腔体的储能和耗能之比。由于利用了波导的TE103模，其谐振腔3、6 的体积大小理论上是常规单腔的3倍，这样腔体的储能近似是常规腔体的3倍， 由此可知，TE103模的储存能量的能力是相当地大，而TE103模和常规模式的 耗能差别又很小。因此，以TE103模设计的波导滤波器的插入损耗会大大的减 小。由于是双工滤波器，所以高端和低端的频率是不一样的，频率稍有差别，这 样的话，高端和低端的谐振腔的大小有一定的差别，以保证各自的谐振频率在所 需的范围内。以上所讨论的TE103模都是针对相应的谐振腔而言的。

基于TE103波导模式的双工滤波器除了具有比较重要的TE103模的谐振腔 之外，还有另外的一个对高低端通道的隔离度影响比较大的结构形式，它就是交 叉耦合窗5、7结构。根据滤波器的基本知识可以知道，通常情况下，滤波器的 谐振腔3、6越多，频带外的衰减也就越大，但这与带内的插入损耗是一个矛盾 的事情，谐振腔越多而带内的插损越大，所以采用TE103模可以补偿这一不足。 为了提高带外衰减，本采用的非常有效的方法是隔腔交叉耦合窗5、7结构。

本TE103波导模式的双工滤波器主要是利用隔腔交叉耦合开窗后的某一带 外频率的相位和幅度关系，如果要产生效果比较理想的抵消使得带外的衰减尽可 能的大，就需要满足相位相差180°，幅度相同。对于基于TE103波导模式的双 工滤波器来说，主要的带外衰减就是高端频率与低端频率的相互隔离，在产生交 叉耦合对他们进行各自的衰减，因为高低端的不同，所以交叉耦合的衰减有相对 的高低边频，对于TE103波导模式的双工滤波器高端通带来说，需要衰减的是 低端通带频率，在交叉耦合窗结构5、7中设置了容性交叉耦合形式；对于TE103 波导模式的双工滤波器低端通带来说，需要衰减的是高端通带频率，在交叉耦合 中设置了感性交叉耦合形式。这些方法除了在TE103模谐振腔3、6组成的滤波器本身的带外衰减外，相当于额外引入了带外衰减，增加了TE103波导模式的 双工滤波器的通带隔离，而又不用显著增加带内的插入损耗。

上述主要讲述了本发明基于TE103波导模式的双工滤波器的主要构成中的 TE103模谐振腔3、6，隔腔交叉耦合窗5、7结构等，除此之外还有波导T型接 头18，这个接头的功能是将高低端的滤波器连接成所需要特性的双工器，它是 实现双工器的关键部分之一，设计好这部分的结构是优化好双工器指标的关键一 环。它的基本工作原理是公共端可以输入输出高低端频率范围内的信号，两个分 支通道分别对应高端滤波器的频率通带和低端滤波器的频率通带。在波导T型 接头18中心有一个内凹的台阶2，该台阶2的作用有如下几点：一是匹配公共 端口，二是消除波导高次模的影响，三是有效分配高低端的频率通带。该波导T 型接头18高低端通常有一段标准波导分别对应TE103波导模式的高低端滤波 器，这样就形成了一个整体的双工滤波器。

本发明是将台阶2和TE103模的谐振腔3、6、耦合窗4、8、交叉耦合窗5、 7、调谐螺纹孔11、12、13、14等进行一体化结构设计，而将公共端口和TE103 模的谐振腔盖板进行另外的一体化结构设计，两个部分镀银后通过高温焊料进行 焊接，同时由主腔体的固定孔15、盖板的紧固孔19和安装孔16安装螺丝，这 样就形成完整的TE103模波导双工滤波器。由于整个TE103模波导双工滤波器 主要由主腔体1和盖板20构成，而盖板20的安装对器件的指标几乎没有影响， 这样可以有效的降低装配的难度，提高产品的成功率，这给生产工作带来了很大 的便利。这样的设计思想其特征在于解决了加工相对简单，装配对技术指标结果影响小的问题，同时由于装配简单，也提高了TE103模波导双工滤波器的可靠 性。在各种微波毫米波通信电子设备中，有着广阔的市场前景。

本发明的主要特点是利用了波导TE103模式的谐振腔高Q值应用于波导滤 波器中可以产生很好的通带插入损耗的特点，同时加入了谐振腔的交叉耦合结构 来提高高低端的通带隔离。在结构方面，由于加工方便，装配对性能指标的影响 几乎可以忽略，技术指标优良等，这也是本发明的突出优势。

下面是由系统的需求而设计的基于TE103波导模式的双工滤波器的技术指 标：

(1)、工作频率：Ka波段

(2)、工作带宽：300MHz

(3)、插入损耗：≤0.8dB

(4)、端口驻波：≤1.2

(5)、收发隔离：≥80dB

(6)、接口形式：BJ320标准波导

(7)、工作温度：-40℃～+55℃

(8)、存储温度：-55℃～+70℃。