CN115939706B - 一种阻带增强型低通同轴滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻带增强型低通同轴滤波器。它由同轴输入、滤波结构和同轴输出部分组成。滤波结构由高低阻抗低通滤波器和一个内嵌的耦合短柱组成，通过在高阻部分的腔体内引入耦合短路柱形成零陷效应(阻带增强)，从而达到抑制高次谐波和带外杂散的作用。并且可以通过调节短路柱的位置，以及短路柱与高阻部分腔体之间的间隙高度来控制零陷频率的位置。所设计的阻带增强型低通同轴滤波器结构简单，可与天线辐射器或T/R组件直接集成，具有插入损耗小、功率容量高的特点，还可以作为具有滤波特性的双阴、双阳或阴阳转换的连接器使用。
Description
技术领域
本发明涉及微波毫米波无源电路设计和制造领域，具体涉及一种低通同轴滤波器。
背景技术
滤波器是天线和射频前端中常见的组成模块。对于相控阵天线，阵元和T/R组件之间往往需要接入带通滤波器来抑制带外干扰或降低杂散信号，然而带通滤波器在远带上可能会产生寄生通带，影响高次谐波的抑制，因此需要对通带外某些特殊频带处进行陷波抑制或阻带增强处理。张娟等人在《基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器》(发明专利，申请号：CN202210574121)中提出通过引入缺陷地结构实现特殊频带内的阻带效应。低通滤波器在高次谐波抑制方面可发挥重要作用，通过低通和带通的结合使用，可以克服带通滤波器设计中遇到的寄生通带问题。具有带阻或陷波特性的低通滤波器，可以进一步抑制带外干扰和杂散，因此具有强烈的应用需求。例如专利《一种内插SSPP材料的具有带阻特性的低通矩形波导》(发明专利，申请号：CN202210579240)中提出在矩形波导中内插SSPP材料形成具有带阻特性的低通滤波器。然而这类低通滤波器结构形式复杂，插入损耗较大，并且与T/R组件相连时可能还需要额外的过渡结构，不利于小型化集成设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够与T/R组件直接互连的低通同轴滤波器，并且在阻带上能够实现抑制增强，满足高次谐波的抑制需求，并且可以和标准50欧姆的同轴连接器直接互联。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种阻带增强型低通同轴滤波器，包括顺次连接的同轴输入结构1、滤波结构2和同轴输出结构3；所述的同轴输入结构1和同轴输出结构3均由同轴内导体、同轴外导体以及位于同轴内导体和同轴外导体之间的绝缘介质组成；其特征在于：所述的滤波结构2包括公共内导体21和公共外导体25，在公共外导体25中心设置有中部空气腔23，在中部空气腔23的上部的公共内导体21和公共外导体25之间设置有上层介质绝缘层22，在中部空气腔23的下部的公共内导体21和公共外导体25之间设置有下层介质绝缘层24。
进一步的，还包括耦合短路柱26；所述的耦合短路柱26偏离公共内导体21外圆周一定距离，耦合短路柱26的底部与中部空气腔23的下表面直接相连，形成短路面；耦合短路柱26的顶部与中部空气腔23的上表面间隔一定距离，形成等效电容器。
进一步的，耦合短路柱26的底部设置外螺纹，中部空气腔23底部的公共外导体25上对应位置设有螺纹孔，耦合短路柱26通过螺纹旋转用于调节耦合短路柱26的顶部与中部空气腔23的上表面的距离。
进一步的，所述同轴输入结构1与同轴输出结构3的特性阻抗均为50欧姆；公共内导体21、上层介质绝缘层22和公共外导体25构成低阻抗谐振器，其特性阻抗小于50欧姆；公共内导体21、中部空气腔23与公共外导体25构成高阻抗谐振器，其特性阻抗大于50欧姆；公共内导体21、下层介质绝缘层24与公共外导体25构成低阻抗谐振器，其特性阻抗小于50欧姆。
进一步的，滤波结构2的公共内导体21两端一一对应连接同轴输入结构1的同轴内导体和同轴输出结构3的同轴内导体，滤波结构2的公共外导体25两端一一对应连接同轴输入结构1的同轴外导体和同轴输出结构3的同轴外导体。
进一步的，上层介质绝缘层、中部空气腔和下层介质绝缘层各自的轴向长度均小于八分之一通带中心频率的波导波长。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种阻带增强型低通同轴滤波器提出一种小型化易实现的滤波器设计方法，通过在高低阻抗滤波器的高阻部分的腔体内引入耦合短路柱形成零陷效应(阻带增强)，从而达到抑制高次谐波和带外杂散的作用，并且零陷频率调节范围大，调节手段简单。所发明的一种阻带增强型低通同轴滤波器为标准50欧姆同轴输入、输出结构，可与天线辐射器或T/R组件直接集成，具有插入损耗小、功率容量高的特点。此外，它还可以作为具有滤波特性的双阴、双阳或阴阳转换的连接器使用。
附图说明
图1是本发明一种阻带增强型低通同轴滤波器的三维结构示意图；
图2是本发明一种阻带增强型低通同轴滤波器的滤波结构组成图；
图3是本发明一种阻带增强型低通同轴滤波器的仿真效果图。
图中标记说明：
1、同轴输入结构，2、滤波结构，21、公共内导体，22、上层介质绝缘层，23、中部空气腔，24、下层介质绝缘层，25、公共外导体，26、耦合短路柱26，3、同轴输出结构。
具体实施方式
下面结合附图1-3和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例中，一种阻带增强型低通同轴滤波器，包括顺次连接的同轴输入结构1、滤波结构2和同轴输出结构3；所述的同轴输入结构1和同轴输出结构3均由同轴内导体、同轴外导体以及位于同轴内导体和同轴外导体之间的绝缘介质组成；所述的滤波结构2包括公共内导体21和公共外导体25，在公共外导体25中心设置有中部空气腔23，在中部空气腔23的上部的公共内导体21和公共外导体25之间设置有上层介质绝缘层22，在中部空气腔23的下部的公共内导体21和公共外导体25之间设置有下层介质绝缘层24。在中部空气腔23中还设置耦合短路柱26；所述的耦合短路柱26偏离公共内导体21外圆周一定距离，耦合短路柱26的底部与中部空气腔23的下表面直接相连，形成短路面；耦合短路柱26的顶部与中部空气腔23的上表面间隔一定距离，形成等效电容器。
滤波结构2的公共内导体21两端一一对应连接同轴输入结构1的同轴内导体和同轴输出结构3的同轴内导体，滤波结构2的公共外导体25两端一一对应连接同轴输入结构1的同轴外导体和同轴输出结构3的同轴外导体。
如图2所示，所述公共内导体21，上层介质绝缘层22，中部空气腔23，下层介质绝缘层24与外导体25共同构成一个三阶低通滤波器。
所述同轴输入结构1与同轴输出结构3的特性阻抗均为50欧姆；公共内导体21、上层介质绝缘层22和公共外导体25构成低阻抗谐振器，其特性阻抗小于50欧姆；公共内导体21、中部空气腔23与公共外导体25构成高阻抗谐振器，其特性阻抗大于50欧姆；公共内导体21、下层介质绝缘层24与公共外导体25构成低阻抗谐振器，其特性阻抗小于50欧姆。上层介质绝缘层、中部空气腔和下层介质绝缘层各自的轴向长度均小于八分之一通带中心频率的波导波长。
如图2所示，耦合短路柱26位于中部空气腔23内部，且偏离中心一定距离，由于圆对称型，偏离方向可用任意。耦合短路柱26的底部与中部空气腔23的下表面直接相连，形成短路面；耦合短路柱26的顶部与中部空气腔23的上表面间隔一定距离，形成等效电容器。
本发明中，由于耦合短路柱26的引入会在上述低通滤波器的阻带上形成一个零陷，起到阻带增强的作用。调节耦合短路柱26顶部与中部空气腔23的上表面的间隔距离，可控制零陷频率的位置。此外调节耦合短路柱26与公共内导体21的相对位置，也会对零陷频率的位置产生影响。值得一提的是，耦合短路柱26的引入对低通滤波的通带特性几乎无影响。
实施例中，耦合短路柱26的底部设置外螺纹，中部空气腔23底部的公共外导体25上对应位置设有螺纹孔，耦合短路柱26通过螺纹旋转用于调节耦合短路柱26的顶部与中部空气腔23的上表面的距离。
本发明中，滤波结构2不局限于三阶高低阻抗低通滤波器，还可以扩展到2N+1阶低通滤波器，其组成为：公共内导体、第一介质绝缘层、第一空气腔、第二介质绝缘层、第二空气腔……第2N+1介质绝缘层、外导体。相应的耦合短路柱最多可以同时加载N个，分别位于N个空气腔内，用于实现低通滤波器阻带增强。
针对该方案完成了一种阻带增强型低通同轴滤波器的具体设计。本实施例中的阻带增强型低通同轴滤波器，其通带中心频率为4GHz，需要在8GHz～18GHz进行宽带抑制。
电磁仿真软件Ansys Electronics Desktop的全波仿真如图3所示，结果表面所设计阻带增强型低通同轴滤波器，通带损耗小于0.2dB，阻带频率为8GHz～18GHz，并且可以通过调节h4的高度在8GHz～18GHz频带内进行所需频率上的阻带增强抑制。
Claims (4)
1.一种阻带增强型低通同轴滤波器，包括顺次连接的同轴输入结构（1）、滤波结构（2）和同轴输出结构（3）；所述的同轴输入结构（1）和同轴输出结构（3）均由同轴内导体、同轴外导体以及位于同轴内导体和同轴外导体之间的绝缘介质组成；其特征在于：所述的滤波结构（2）包括公共内导体（21）和公共外导体（25），在公共外导体（25）中心设置有中部空气腔（23），在中部空气腔（23）的上部的公共内导体（21）和公共外导体（25）之间设置有上层介质绝缘层（22），在中部空气腔（23）的下部的公共内导体（21）和公共外导体（25）之间设置有下层介质绝缘层（24）；还包括耦合短路柱（26）；所述的耦合短路柱（26）偏离公共内导体（21）外圆周一定距离，耦合短路柱（26）的底部与中部空气腔（23）的下表面直接相连，形成短路面；耦合短路柱（26）的顶部与中部空气腔（23）的上表面间隔一定距离，形成等效电容器；耦合短路柱（26）的底部设置外螺纹，中部空气腔（23）底部的公共外导体（25）上对应位置设有螺纹孔，耦合短路柱（26）通过螺纹旋转用于调节耦合短路柱（26）的顶部与中部空气腔（23）的上表面的距离。
2.根据权利要求1所述的一种阻带增强型低通同轴滤波器，其特征在于：所述同轴输入结构（1）与同轴输出结构（3）的特性阻抗均为50欧姆；公共内导体（21）、上层介质绝缘层（22）和公共外导体（25）构成低阻抗谐振器，其特性阻抗小于50欧姆；公共内导体（21）、中部空气腔（23）与公共外导体（25）构成高阻抗谐振器，其特性阻抗大于50欧姆；公共内导体（21）、下层介质绝缘层（24）与公共外导体（25）构成低阻抗谐振器，其特性阻抗小于50欧姆。
3.根据权利要求1所述的一种阻带增强型低通同轴滤波器，其特征在于：滤波结构（2）的公共内导体（21）两端一一对应连接同轴输入结构（1）的同轴内导体和同轴输出结构（3）的同轴内导体，滤波结构（2）的公共外导体（25）两端一一对应连接同轴输入结构（1）的同轴外导体和同轴输出结构（3）的同轴外导体。
4.根据权利要求1所述的一种阻带增强型低通同轴滤波器，其特征在于：上层介质绝缘层（22）、中部空气腔（23）和下层介质绝缘层（24）各自的轴向长度均小于八分之一通带中心频率的波导波长。
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