阅读说明：本技术 一种适用于大功率行波管的宽带低通滤波器 (Broadband low-pass filter suitable for high-power travelling wave tube ) 是由 王建勋 代子豪 罗勇 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于大功率行波管的宽带低通滤波器,属于微波电子学及电真空技术领域。该滤波器包括主波导、对称设置于主波导两端的主波导匹配结构、分别设置于主波导宽边的两排耦合缝隙阵列、以及耦合缝隙另一端连接的高频匹配结构。在工作频带内,低频信号和高频信号同时通过主波导匹配结构进入主波导,由于耦合缝隙无法传输低频信号,因此低频信号通过主波导到达另一端的主波导匹配结构输出,而高频信号则通过耦合缝隙进入过渡连接段,最终进入高频匹配结构,被高频匹配结构末端的标准匹配负载吸收。由此达到了宽带低通滤波器中低通滤波的效果。(The invention discloses a broadband low-pass filter suitable for a high-power traveling wave tube, and belongs to the technical field of microwave electronics and electric vacuum. The filter comprises a main waveguide, main waveguide matching structures symmetrically arranged at two ends of the main waveguide, two rows of coupling slot arrays respectively arranged on the wide side of the main waveguide, and a high-frequency matching structure connected with the other ends of the coupling slots. In a working frequency band, a low-frequency signal and a high-frequency signal enter the main waveguide through the main waveguide matching structure at the same time, because the coupling gap can not transmit the low-frequency signal, the low-frequency signal reaches the main waveguide matching structure at the other end through the main waveguide to be output, and the high-frequency signal enters the transition connecting section through the coupling gap, finally enters the high-frequency matching structure and is absorbed by a standard matching load at the tail end of the high-frequency matching structure. Thereby achieving the effect of low-pass filtering in the broadband low-pass filter.)

一种适用于大功率行波管的宽带低通滤波器

技术领域

本发明属于微波电子学及电真空技术领域，具体涉及一种适用于大功率行波管的宽带低通滤波器。

背景技术

随着国家的战略需求的提升，毫米波频段成为了下一代通信与军事领域的热门选择。电真空器件由于其出色的可靠性与大功率容量的特点，在毫米波频段具有重大研究意义。行波管作为电真空器件的一种，因其具有其他器件无法比拟的宽频带、小型化特点，特别适合于电子对抗、星载或机载通信、雷达等领域。最新的研究热门——带状注行波管相比于传统圆柱电子注拥有更大的电流与功率容量。因此，世界各国正争先研制高功率、高增益行波管来满足科研领域需求。

振荡信号如果不经过处理，将严重影响行波管的输出特性和工作性能。传统的波导系统滤波结构一般通过加入谐振腔的方式来滤除振荡信号，但是谐振腔滤波器的频带往往是窄带或者是点频的。由此可见，传统的滤波结构不能满足对行波管振荡问题的处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大功率行波管的宽带低通滤波器，使宽带低通滤波器能够在10-20GHz的工作频段内，传输低频信号并吸收高频信号。

本发明的技术方案如下：

一种适用于大功率行波管的宽带低通滤波器，其特征在于，该滤波器包括主波导、对称设置于主波导两端的主波导匹配结构、分别设置于主波导宽边的两排耦合缝隙阵列、以及高频匹配结构。

所述主波导为矩形波导，其宽边尺寸：窄边尺寸＝2：1，宽边的尺寸取值范围为1-2λ₁，λ₁为最高工作频率的波长。

所述主波导匹配结构，用于将标准矩形波导匹配过渡到主波导。

所述一排耦合缝隙阵列包括5-10个周期排列的耦合缝隙；两排耦合缝隙阵列沿轴线方向交错半个周期设置。

所述耦合缝隙为宽边渐变的阶梯型耦合缝隙，耦合缝隙的另一端通过过渡连接段连接高频匹配结构。

所述高频匹配结构，为多段尺寸渐变的矩形波导组成的阶梯型波导结构，其末端加载有标准匹配负载。

进一步地，所述过渡连接段的宽边尺寸：窄边尺寸＝1：0.1-0.3，宽边的尺寸取值范围为0.4-0.6λ₂，λ₂为高频段的最低频率的波长。

进一步地，所述主波导匹配结构，为多段尺寸渐变的矩形波导组成的阶梯型波导结构。

进一步地，所述过渡连接段为直行过渡连接段或弯折过渡连接段，直行过渡连接段和弯折过渡连接段周期交错设置。

进一步地，所述过渡连接段为直行过渡连接段、或左侧弯折过渡连接段、或右侧弯折过渡连接段，三种过渡连接段周期交错设置。

进一步地，所述弯折过渡连接段的转弯角外侧切角操作。

在工作频带内，低频信号和高频信号同时通过主波导匹配结构进入主波导。由于耦合缝隙无法传输低频信号，因此低频信号通过主波导到达另一端的主波导匹配结构输出，而高频信号则通过耦合缝隙进入过渡连接段，最终进入高频匹配结构，被高频匹配结构末端的标准匹配负载吸收。由此达到了宽带低通滤波器中低通滤波的效果。

附图说明

图1为实施例的宽带低通滤波器的整体结构示意图；

图2为实施例的宽带低通滤波器的主视图；

图3为实施例的宽带低通滤波器的侧视图；

图4为实施例的宽带低通滤波器的一个耦合缝隙及高频结构分支的示意图；

图5为本实例的性能参数图。

具体实施方式

下面结合附图和实施列对本发明进行进一步说明。

本实施例提出了一种适用于Ka波段带状注行波管的宽带低通滤波器。

参照图1，该滤波器包括主波导(1)、对称设置于主波导两端的主波导匹配结构(2)、分别设置于主波导宽边的两排耦合缝隙阵列(3)、过度连接段(4)、以及高频匹配结构(5)、Ka标准匹配负载(6)。

所述滤波器总长度lg＝105mm。

所述主波导为矩形波导，其宽边尺寸为8mm，窄边尺寸为4mm。

所述主波导匹配结构，用于将标准矩形波导匹配过渡到主波导(1)。主波导匹配结构(2)分为三段(2-1、2-2、2-3)，其宽边依次为7.112mm、7.3mm、7.6mm，窄边依次为3.556mm、3.65mm、3.8mm，长度依次为d1＝3mm、d2＝3.3mm、d3＝3mm。

所述一排耦合缝隙阵列包括8个周期设置的耦合缝隙(3)；两排耦合缝隙阵列沿轴线方向交错半个周期设置，一个周期长度d＝6.8mm。

所述耦合缝隙为宽边渐变的阶梯型耦合缝隙(3)，其窄边为0.6mm，三段阶梯宽度分别为w4＝8mm、w5＝6.8mm、w6＝4.4mm，高度分别为d4＝3mm、d5＝1.4mm、d6＝5.6mm，耦合缝隙的另一端通过过渡连接段连接高频匹配结构。

所述过渡连接段包括右侧弯折过渡连接段(4-1)、左侧弯折过渡连接段(4-2)、直行过渡连接段(4-3)，三种过渡连接段周期交错设置，过渡连接段(4)的宽边尺寸为4.4mm，窄边尺寸为0.6mm，弯折过渡连接段的转弯角为90度，且外侧切角操作。设置弯折过渡连接段的目的是便于Ka标准匹配负载(6)连接后级器件。

所述高频匹配结构(5)，为4段尺寸渐变的矩形波导组成的阶梯型波导结构，其末端加载有Ka标准匹配负载(6)。阶梯型波导结构分为5-1、5-2、5-3、5-4四段，其宽边依次为4.43mm、5.34mm、6.65mm、7.112mm，窄边依次为0.72mm、1.64mm、3mm、3.556mm，其长度依次为3.57mm、2.63mm、2.68mm、13mm。

本实施例滤波器工作频段为26GHz-40GHz，工作于TE₁₀模式。图5为本实例的性能参数图，S11为滤波器的反射系数，S11在26-40GHz内都小于-20dB；S21为滤波器的传输系数，S21在26-33GHz内大于-0.1dB，在35-39GHz小于-10dB；说明本发明能够实现在工作频段内低频传输和高频吸收，同时在全频带内保持小于-20dB的反射。

以上实例仅为方便说明本发明，本发明提出的适用于大功率行波管的宽带低通滤波器可用于不同频段的带状注行波管。通过改变本发明方案中所提及的各个参数、使用本发明的结构，均属于本发明所保护的范畴。