一种波纹波导滤波器

文档序号:71656 发布日期:2021-10-01 浏览:26次 >En<

阅读说明:本技术 一种波纹波导滤波器 (Corrugated waveguide filter ) 是由 曾志斌 姜秀萍 于 2021-05-17 设计创作,主要内容包括:本发明实施例公开了一种波纹波导滤波器,所述波纹波导滤波器包括:矩形波导;以及位于矩形波导两相对侧壁外侧表面的两组波纹波导结构;波纹波导结构包括:沿矩形波导轴向延伸的中隔板;以及由中隔板向中隔板两侧延伸的第一间隔板和第二间隔板;第一间隔板与第二间隔板相对于中隔板呈对称配置;在矩形波导的延伸方向上,波纹波导结构包括若干间隔排列的第一间隔板以及若干间隔排列的第二间隔板;相邻两第一间隔板之间形成第一波纹波导内腔,相邻两第二间隔板之间形成第二波纹波导内腔;第一波纹波导内腔和第二波纹波导内腔均贯穿矩形波导的侧壁与所述矩形波导的内腔连通。本滤波器在峰值功率30kW以上仍稳定正常工作,峰值功率容量提升6倍以上。(The embodiment of the invention discloses a corrugated waveguide filter, which comprises: a rectangular waveguide; and two groups of corrugated waveguide structures positioned on the outer side surfaces of two opposite side walls of the rectangular waveguide; the corrugated waveguide structure includes: a middle partition plate extending along the axial direction of the rectangular waveguide; the first partition plate and the second partition plate extend from the middle partition plate to two sides of the middle partition plate; the first partition plate and the second partition plate are symmetrically arranged relative to the middle partition plate; in the extending direction of the rectangular waveguide, the corrugated waveguide structure comprises a plurality of first partition plates arranged at intervals and a plurality of second partition plates arranged at intervals; a first corrugated waveguide inner cavity is formed between every two adjacent first partition plates, and a second corrugated waveguide inner cavity is formed between every two adjacent second partition plates; the first corrugated waveguide inner cavity and the second corrugated waveguide inner cavity penetrate through the side wall of the rectangular waveguide and are communicated with the inner cavity of the rectangular waveguide. The filter can still stably and normally work at the peak power of more than 30kW, and the peak power capacity is improved by more than 6 times.)

一种波纹波导滤波器

技术领域

本发明涉及微波元器件

技术领域

。更具体地,涉及一种波纹波导滤波器。

背景技术

在混频器、倍频器等微波系统中,除了获得所需要工作频率的主信号,同时也会激发出若干高次谐波频率的干扰信号。例如,频率为f0/2的激励信号经过倍频器后,获得工作频率为f0的主信号,但同时也产生谐波频率为3f0/2、4f0/2的干扰信号,其中,谐波频率为4f0/2的干扰信号幅度较小,对系统影响忽略不计,而谐波频率为3f0/2的干扰信号幅度较大,对系统使用产生不利影响。为了保证系统正常稳定工作,需要在倍频器后面接上具有选频功能的滤波器,让工作频率f0的主信号通过,而将谐波频率3f0/2的干扰信号滤掉,以满足系统使用要求。

波纹波导滤波器通常由主波导和金属膜片或金属杆等组成。主波导的横截面位为矩形,金属膜片位于主波导宽边两侧,金属杆位于主波导宽边中央。通过设计合适的金属膜片或金属杆尺寸,可以使得在频率3f0/2发生谐振吸收,从而将谐波频率3f0/2信号滤去,而工作频率f0的主信号可以通过。这些金属膜片或金属杆对主波导内的电磁场分布改变较大,通常会大幅降低滤波器的功率容量,在大功率系统中非常容易发生高功率打火击穿,从而无法应用。

发明内容

为解决上述问题,本发明提供一种波纹波导滤波器,以解决传统的金属膜片或金属杆结构的波纹波导滤波器的承受功率低、在大功率条件下容易发生高功率打火击穿的问题。

为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种波纹波导滤波器,包括:

矩形波导;

以及结合固定于所述矩形波导两相对侧壁外侧表面的两组波纹波导结构;

所述波纹波导结构包括:

沿所述矩形波导轴向延伸的中隔板;以及

由所述中隔板向中隔板两侧延伸的第一间隔板和第二间隔板;

第一间隔板与所述第二间隔板相对于所述中隔板呈对称配置;

在所述矩形波导的延伸方向上,所述波纹波导结构包括若干间隔排列的第一间隔板以及若干间隔排列的第二间隔板;

相邻两第一间隔板之间形成第一波纹波导内腔,相邻两第二间隔板之间形成第二波纹波导内腔;

第一波纹波导内腔以及第二波纹波导内腔均贯穿所述矩形波导的侧壁与所述矩形波导的内腔连通。

此外,优选地方案是,所述波纹波导滤波器还包括有套设在所述波纹波导结构表面的吸波组件。

此外,优选地方案是,所述波纹波导滤波器还包括有套设在所述吸波组件外围的壳体;

所述壳体由两个形状相同的半结构体拼接而成。

此外,优选地方案是,所述矩形波导包括有长轴边侧以及短轴边侧,所述波纹波导结构位于所述矩形波导的长轴边侧上。

此外,优选地方案是,在所述矩形波导的延伸方向上,所述第一波纹波导内腔和第二波纹波导内腔的周期数均不少于8个。

此外,优选地方案是,所述第一间隔板和第二间隔板的厚度均为t,其中,1.5mm≤t≤3mm。

此外,优选地方案是,所述中隔板的厚度为d,其中,1.5mm≤d≤3mm。

此外,优选地方案是,所述矩形波导口径的第一边边长为a,第二边边长为b;

所述第一波纹波导内腔和第二波纹波导内腔的形状相同,波纹波导内腔与所述矩形波导贯通处的结构截面包括宽边侧以及窄边侧,所述宽边侧的长度为a1,窄边侧的长度为b1

所述a1=(a-t)/2;

所述b1=b/4。

此外,优选地方案是,所述吸波组件的材料选用结晶硅。

此外,优选地方案是,所述第一波纹波导内腔和第二波纹波导内腔在所述矩形波导的延伸方向上的投影为直角梯形结构。

本申请的有益效果如下:

针对现有技术中存在的技术问题,本申请实施例提供一种波纹波导滤波器,在矩形波导的两相对侧壁外侧表面上设置有波纹波导结构,由于波纹波导结构形成的波纹波导内腔的截止频率fj满足f0<fj<3f0/2,使得工作频率f0的主信号无法进入波纹波导结构,只能从矩形波导全部输出,而谐波频率3f0/2的干扰信号可以进入波纹波导结构,绝大部分通过波纹波导内腔被外围的吸波组件吸收,从矩形波导输出极少。由于波纹波导结构的尺寸小,且分布在矩形波导上,对矩形波导的电磁场分布改变较小,与空波导的电磁场分布相当,因而其承受的功率容量与空波导相当,远远高于传统的金属膜片或金属杆结构的波导滤波器。在ku波段,传统的金属膜片或金属杆结构的滤波器在峰值功率5kW频繁出现高功率打火烧毁现象,而本发明实施例所提供的滤波器在峰值功率30kW以上仍然稳定正常工作,峰值功率容量提升6倍以上。

附图说明

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

作进一步详细的说明。

图1示出本发明所提供的波纹波导滤波器的外观示意图。

图2示出本发明所提供的波纹波导滤波器的结构示意图。

图3示出本发明所提供的波纹波导滤波器的正视图。

图4示出本发明所提供的波纹波导滤波器的俯视截面图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解的是,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。

在本申请的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还需要说明的是,在本申请的描述中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为克服现有技术存在的缺陷,本发明的实施例提供一种波纹波导滤波器,结合图1以及图2所示,所述滤波器包括:

矩形波导1;

以及结合固定于所述矩形波导1两相对侧壁外侧表面的两组波纹波导结构2,在一个实施例中,两组波纹波导结构2相对于矩形波导1呈对称设置;

所述波纹波导结构2包括:

沿所述矩形波导1轴向延伸的中隔板3;以及

由所述中隔板3向中隔板3两侧延伸的第一间隔板4和第二间隔板5;

第一间隔板4与所述第二间隔板5相对于所述中隔板3呈对称配置;

在所述矩形波导1的延伸方向上,所述波纹波导结构2包括若干间隔排列的第一间隔板4以及若干间隔排列的第二间隔板5;

相邻两第一间隔板4之间形成第一波纹波导内腔6,相邻两第二间隔板5之间形成第二波纹波导内腔7,在一个具体示例中,所述第一波纹波导内腔6和第二波纹波导内腔7呈对称设置;

在本实施例中,所述波纹波导结构2和矩形波导1通过焊接工艺一体成型,形成为一个整体,所述第一波纹波导内腔6以及第二波纹波导7内腔均贯穿所述矩形波导1的侧壁与所述矩形波导1的内腔连通。

在一个具体地实施例中,所述滤波器包括有紧密套设在所述波纹波导结构2表面的吸波组件8,所述吸波组件8设计为两个结构相同的U型件,两个U型件分别紧密套设在两个波纹波导结构2的表面,并通过硅橡胶与波纹波导结构相互粘连。所述吸波组件8用于吸收从第一波纹波导内腔6和第二波纹波导内腔7输出的干扰信号,吸波组件8的设置还有利于增加单位长度的微波吸收效率。

在一个实施例中,所述滤波器还包括有套设在所述吸波组件8外围的壳体9,所述壳体9由两个形状相同的半结构体拼接而成,两个半结构体分别套设在所述吸波组件8的外围,并通过螺钉与所述矩形波导1结合固定。

在一个具体示例中,所述矩形波导1包括有长轴边侧以及短轴边侧,所述波纹波导结构2位于所述矩形波导1的长轴边侧上,两组波纹波导结构2分别位于所述矩形波导1的长轴边侧的两相对侧壁的外侧表面,并呈对称设置。

在一个具体地实施例中,在所述矩形波导1的延伸方向上,所述第一波纹波导内腔6和第二波纹波导内腔7相对于所述中隔板3对称设置,第一波纹波导内腔6和第二波纹波导内腔7的周期数相同,即在所述矩形波导1的延伸方向上,波纹波导结构2至少包括有8个第一波纹波导内腔6以及与所述第一波纹波导内腔6对应的数量相同的第二波纹波导内腔7,在实施例中,如图4所示,在矩形波导1的延伸方向上,波纹波导内腔的周期为10,即波纹波导结构2包括有10个第一波纹波导内腔6和第二波纹波导内腔7。

在一个实施例中,所述第一间隔板4和第二间隔板5相对于中隔板3对称设置,所述第一间隔板4和第二间隔板5的形状完全相同,在矩形波导1延伸方向上的厚度为t,t的取值应在1.5mm-3mm之间。

在一个具体示例中,所述中隔板2的厚度为d,具体地,1.5mm≤d≤3mm。

在一个具体地实施例中,所述矩形波导1为标准矩形波导口径,如图3所示,所述矩形波导1口径的宽边为a,窄边为b;所述第一波纹波导内腔6和第二波纹波导内腔7在所述矩形波导1的延伸方向上的投影为直角梯形,所述第一波纹波导内腔6和第二波纹波导内腔7的形状相同,结合图4所示,所述第一波纹波导内腔6或第二波纹波导内腔7与所述矩形波导1贯通处的结构截面包括宽边侧以及窄边侧,宽边侧的长度为a1,窄边侧的长度为b1。其中:

a1=(a-t)/2;

b1=b/4。

在一个具体地实施例中,所述吸波组件8选用结晶硅制作。

本实施例所提供的滤波器在工作时,工作频率为f0的主信号和谐波频率为3f0/2的干扰信号同时进入所述矩形波导1输入端口。由于波纹波导内腔宽边和窄边的尺寸分别为a1和b1,根据波导传输理论可知,所述波纹波导内腔的截止频率为fj=300/a1(式中,fj的单位为GHz,a1的单位为mm),设计时通过选取合适的t,可以使得fj位于工作频率范围的上边频与谐波频率范围的下边频中央,即满足f0<fj<3f0/2,这样可以更好的保证工作频率f0的主信号通过矩形波导1,而谐波频率3f0/2的干扰信号进入波纹波导结构2被外围的吸波组件8吸收。每个周期的波纹波导大概衰减3dB,因此经过10个周期后,总共衰减30dB,即从矩形波导1输入的干扰信号经过10个周期后被吸收了99.9%,输出仅为0.1%。

本实施例提供的滤波器通过在矩形波导1的两相对侧壁外侧表面上设置波纹波导结构2,由于波纹波导结构2形成的波纹波导内腔的截止频率fj满足f0<fj<3f0/2,使得工作频率f0的主信号无法进入波纹波导结构2,只能从矩形波导1全部输出,而谐波频率3f0/2的干扰信号可以进入波纹波导结构2,绝大部分通过波纹波导内腔被外围的吸波组件8吸收,从矩形波导1输出极少。由于波纹波导结构2的尺寸小,且分布在矩形波导1上,对矩形波导1的电磁场分布改变较小,与空波导的电磁场分布相当,因而其承受的功率容量与空波导相当,远远高于传统的金属膜片或金属杆结构的波导滤波器。在ku波段,传统的金属膜片或金属杆结构的滤波器在峰值功率5kW频繁出现高功率打火烧毁现象,而本发明实施例所提供的滤波器在峰值功率30kW以上仍然稳定正常工作,峰值功率容量提升6倍以上。

显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

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