一種寬頻帶高抑制度的波導濾波器的制作方法

本發明涉及衛星通信領域，尤其是涉及一種寬頻帶高抑制度的波導濾波器，該濾波器用于衛星通信地面站。

背景技術：

衛星通信地面站，它由天線、饋線設備、發射設備、接收設備、信道終端設備、監控設備及電源等組成。Ku和Ka波段，寬帶頻譜復用饋源網絡系統是下一代衛星通信系統中的關鍵技術。這些天線不僅用于通信,還有用于雷達、電子戰、武器制導和導航等；這就需要一幅天線實現工作在多個工作頻率內，從而減少天線的數量和所占體積。其中地面站中，反射面天線的饋源網絡包含饋源和微波網絡，目前Ka和Ku頻段的饋源(波紋喇叭)設計不存在難度，最大的難度在微波網絡部分，分波器是饋源網絡的關鍵部件，位于波紋喇叭的后端，它的性能直接決定著整個饋源網絡的特性。

當多頻共用時，由于分波器的口徑尺寸相對于高頻段來說屬于過模波導，會產生高次模，如果高次模抑制不好的話，這些被激勵起來的高次模就會在饋源中傳輸輻射，惡化饋源的輻射特性。如果分波器不能做到對稱，也會影響圓極化軸比指標。為了避免兩個工作頻段的干擾，需要做到濾波器的寬頻帶和對二次和三次諧波的高抑制度。

從濾波器的應用領域來看，目前主要應用于衛星天線的饋電網絡部分，也可以單純的作為寬帶的大功率濾波器使用。從濾波器的設計形式來看，與已有的寬帶高抑制度濾波器的設計專利，比較如下：

中國專利號為CN201877547U，名稱：可實現良好諧波抑制響應的不對稱正規耦合級聯濾波器，由兩個濾波模塊級聯而成，其中一個濾波模塊為高Q值的諧振器，另一個濾波模塊為低Q值諧振器。改級聯濾波器，低Q值濾波模塊提供了良好的諧波抑制性能和較小的體積，可實現和優化濾波器的濾波頻率響應性能，同時具有更小的體積尺寸和低成本的特點；但是其結構復雜，需要調試。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是多頻共用時，如何對高次模進行抑制，解決了目前Ku/Ka雙頻衛星天線帶寬頻譜復用饋源網絡系統和未來第三代衛星Ku/Ka雙頻衛星天線的關鍵問題。性能指標能夠有效的保證了后期天線系統工作頻帶內輻射方向圖圓對稱、邊緣照射電平基本一致、交叉極化隔離度高、電壓駐波比低、電壓軸比小、插入損耗小、端口隔離度及頻帶隔離度。

本發明的目的是這樣實現的：一種寬頻帶高抑制度的波導濾波器，包括兩段相同的階梯阻抗變換器和金屬塊模部分，金屬塊模部分位于兩段階梯阻抗變換器之間，所述階梯阻抗變換器由N階變換部分依次連接組成，N階變換部分的波導口沿波導濾波器的軸向由外到內依次變小，第一階變換部分為波導濾波器的輸入/輸出口，第N階變換部分的末端開槽；所述金屬塊模部分由相對設置的上層金屬塊模部分和下層金屬塊模部分組成，上層金屬塊模部分位于波導濾波器的上部腔體內壁，下層金屬塊模部分位于波導濾波器的下部腔體內壁，兩層金屬塊模部分和下層金屬塊模部分之間有間隔，每層金屬塊模部分均包括由按照矩陣形式排布的多個金屬塊，相鄰金屬塊之間開有槽，每一行的金屬塊與波導濾波器內壁有間隔，第一列和最后一列的金屬塊均位于第N階變換部分上且其一邊與第N階變換部分末端重合；其中N為大于3的整數。

其中，所述第一階變換部分為BJ140標準波導。

其中，所述每層金屬塊模部分沿波導濾波器的軸向開有4條橫槽，沿波導濾波器的徑向開有5條縱槽，這些槽共分割出30個金屬塊，第一條縱槽和最后一條縱槽與第N階變換部分末端的槽重合。

其中，所述階梯阻抗變換器由4階變換部分依次連接組成。

其中，第一階變換部分至第四階變換部分的寬度分別為8mm、8.12mm、3.64mm和9.26mm。

其中，第二至第四階變換部分的高度分別為4.31mm、5.91mm、6.41mm；所有金屬塊的長度均為2.382mm，高度均為7.308mm，上下兩層金屬塊間隔為0.91mm；第一列和第六列的金屬塊寬度均為1.88mm，第二列和第五列的金屬塊寬度均為1.85mm，第三列和第四列的金屬塊寬度均為1.7mm；第一條和第五條縱槽寬度為1.26mm，第二條和第四條縱槽寬度為1.51mm,第三條縱槽寬度為1.85mm；第一行金屬塊離波導濾波器邊緣的距離為0.7mm；每一條橫槽寬度均為1.428mm。

本發明相比現有技術的優點在于：

(1)本濾波器采用對稱化設計，兩個標準的波導接口端口采用的是BJ140，兩端是兩個相同的4段階梯阻抗變換器，對稱化設計；中間是塊模部分，橫向開了四條槽，縱向開了5條槽，共分割出30個金屬塊，其中第一條和最后一條槽的位置在阻抗變換器的最后一階。加工分為上下兩個合板，最后噴漆粘合而成。最后濾波器的通帶10GHz～15GHz；阻帶：19.6-31GHz，采用一體加工，免調試，可靠性高。

(2)比Arnedo2006年發表在ELECTRONICS LETTERS上的《Ku-band high-power lowpass filter with spurious rejection》文獻中的模型長度小了2/3。

(3)比Ivan Arregui2010年發表在IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS雜志中的《A Compact Design of High-Power Spurious-Free Low-Pass Waveguide Filter》模型長度也要小1/2，而且帶寬要寬。

(4)相對于專利號為CN201877547U專利，具有結構簡單，免調試的優點；相對于文獻1和2，在工作指標相同的情況下，具有加工簡單，體積小的優點。

附圖說明

圖1是本發明的內部結構側視示意圖。

圖2是本發明的內部結構俯視示意圖。

圖3是本發明側面外表示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

整個濾波器的長度為72.48mm,圖1中的1-4分別為第一至第四階變換部分，是由寬度不同、高度不同的矩形波導構成，由于矩形波導具有截止低頻效應，不能通過波導截至頻率以下的頻率。入射部分和出射部分采用階梯阻抗變換器，使得與入射的標準波導相匹配，圖1的1-4和圖2的11-14顯示，濾波器的金屬壁厚度為3mm，各變換部分長度相同，高度不同，第二至第四階變換部分的高度h1、h2、h3分別為4.31mm、5.91mm、6.41mm，第一至第四階變換部分的寬度分別為8mm、8.12mm、3.64mm、9.26mm(波導口分別作為長和高，波導口沿軸向方向作為寬)。

為了使濾波器實現以主模TE₁₀傳輸，達到較好的通帶和阻帶特性，如圖1的5-10部分，在矩形波導部分開了一些縱向槽，使很多高次模受到抑制。在這里，與傳統的塊模濾波器不同，在階梯阻抗變換器的最后一節，也就是圖1中的第4階變換部分就開始進行開槽。

每一個分割的金屬塊的尺寸并不完全相同。所有金屬塊的長度均為2.382mm，金屬塊高度h為7.308mm，上下兩層金屬塊間隔為0.91mm；第一列和第六列的金屬塊寬度均為1.88mm，第二列和第五列的金屬塊寬度均為1.85mm，第三列和第四列的金屬塊寬度均為1.7mm；第一條和第五條縱槽寬度為1.26mm，第二條和第四條縱槽寬度為1.51mm,第三條縱槽寬度為1.85mm；從圖3濾波器的側面圖看，第一行金屬塊離濾波器邊緣的縫隙寬0.7mm，側面看金屬塊的寬度均為2.382mm，側面看縫隙均為1.428mm。另外塊模部分雖然沒有使用中間兩個四分之一的波長變換器進行級聯，最后的測試結果顯示仍然很好對對二次、三次諧波進行了抑制。

本發明的安裝結構如下：

本發明兩端的標準波導BJ140與系統中其他部分通過法蘭盤上的螺釘進行固定連接。