超寬帶太赫茲波紋濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及波導(dǎo)濾波器研宄領(lǐng)域，尤其涉及超寬帶太赫茲波紋濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超寬帶技術(shù)的發(fā)展，超寬帶濾波器也變得越來越重要，對(duì)超寬帶濾波器的要求也越來越高，新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)使得超寬帶濾波器的設(shè)計(jì)理論也不斷豐富和完善，但目前超寬帶濾波器結(jié)構(gòu)的發(fā)展主要集中在微帶線、懸置微帶線以及共面波導(dǎo)中，這些結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在低頻段或者微波、毫米波頻段，當(dāng)通信頻段升到太赫茲頻段以后這些結(jié)構(gòu)就會(huì)面對(duì)諸如設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選擇少、加工難、加工精度低以及實(shí)物測(cè)試結(jié)果惡化嚴(yán)重等一系列的問題，因此在高頻頻段的濾波器主要使用波導(dǎo)傳輸元件設(shè)計(jì)，例如E面金屬膜片波導(dǎo)濾波器、H面電感膜片濾波器、鰭線濾波器等，這些波導(dǎo)濾波器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、加工方便、易批量生產(chǎn)且具有較高的Q值和良好的濾波特性等優(yōu)點(diǎn)而在毫米波頻段獲得了廣泛的應(yīng)用，但在太赫茲頻段由于波長(zhǎng)變得很短，上述形式濾波器的各項(xiàng)尺寸會(huì)變得很小，造成實(shí)物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、安裝誤差較大，且國(guó)內(nèi)的加工精度已無法滿足設(shè)計(jì)的需求，更重要的是上述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)想要做到超寬帶是很困難的。
[0003]隨著無線通信技術(shù)及無線多媒體業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，超寬帶(UWB)技術(shù)受到越來越多研宄人員的關(guān)注，超寬帶以其高速率、低功耗、高保密性以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景和相當(dāng)巨大的市場(chǎng)價(jià)值。雖然美國(guó)軍方以及航空界對(duì)于開放超寬帶頻段民用仍然存在著意見分歧，但是由于超寬帶技術(shù)潛在的誘人的應(yīng)用前景，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)于2002年2月批準(zhǔn)了超寬帶技術(shù)在短距離無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用。這為超寬帶技術(shù)產(chǎn)品的商業(yè)化應(yīng)用打開了大門，促進(jìn)了超寬帶系統(tǒng)及其器件研宄的進(jìn)展。由于超寬帶技術(shù)可適用的領(lǐng)域十分廣泛，為了便于管理，F(xiàn)CC將超寬帶系統(tǒng)分為三類:一是成像系統(tǒng)，包括地面穿透雷達(dá)系統(tǒng)、墻壁成像系統(tǒng)、墻壁穿透成像系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)和醫(yī)療成像系統(tǒng)；二是車載雷達(dá)系統(tǒng)；三是室內(nèi)超寬帶系統(tǒng)。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外超寬帶濾波器設(shè)計(jì)的主要方法有:
[0005]1.微帶多模諧振器法
[0006]所謂多模諧振器是指在通帶內(nèi)有多個(gè)諧振模式的諧振器。多模諧振器有很多種形式，其中最早應(yīng)用于超寬帶濾波器的為半波長(zhǎng)階躍阻抗諧振器(SIR)，其原理是利用SIR阻抗比和電長(zhǎng)度來控制基頻和諧波位置，使得諧振器的多個(gè)諧振點(diǎn)分布于整個(gè)超寬帶內(nèi)，然后通過平行耦合線饋電，實(shí)現(xiàn)平坦的超寬帶特性。
[0007]2.混合微帶/共面波導(dǎo)法
[0008]微帶與共面波導(dǎo)混合結(jié)構(gòu)可充分利用微帶線上下兩層空間，使電路更加緊湊，同時(shí)，微帶與共面波導(dǎo)正對(duì)，兩者間的電磁場(chǎng)耦合非常強(qiáng)，可方便實(shí)現(xiàn)所需要的強(qiáng)耦合，常見的混合結(jié)構(gòu)是微帶饋電共面波導(dǎo)諧振器超寬帶濾波器，電路采用微帶饋線，同時(shí)引入了源負(fù)耦合，從而在上下阻帶產(chǎn)生多個(gè)零點(diǎn)。寬邊耦合結(jié)構(gòu)在通帶內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)極點(diǎn)，使得濾波器通帶內(nèi)反射損耗降低。共面波導(dǎo)的間隙寬度影響傳輸線特性阻抗，從而可用來改變耦合線的阻抗，來控制諧振器各諧振峰的位置。
[0009]3.濾波器級(jí)聯(lián)方法
[0010]濾波器級(jí)聯(lián)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超寬帶較為簡(jiǎn)單和有效的方法。通過把一個(gè)高通濾波器和一個(gè)低通濾波器串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)超寬帶特性。這種方法實(shí)現(xiàn)的電路簡(jiǎn)單，方法比較直觀，同時(shí)實(shí)現(xiàn)的濾波器阻帶比較寬。
[0011]但當(dāng)頻段上升到毫米波乃至太赫茲頻段時(shí)上述三種比較主流的結(jié)構(gòu)已不再實(shí)用，而是改用波導(dǎo)傳輸元件實(shí)現(xiàn)濾波器特性，其中應(yīng)用最廣泛的是金屬膜片插入波導(dǎo)、純腔體波導(dǎo)、鰭線插入波導(dǎo)等濾波器結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)成的濾波器都是通過在波導(dǎo)內(nèi)引入不連續(xù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的感抗元件，并與相應(yīng)頻段的諧振腔進(jìn)行級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)濾波功能，比如E面金屬膜片波導(dǎo)濾波器就是在標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的寬面中央插入金屬膜片，通過金屬膜片的長(zhǎng)度控制多個(gè)諧振腔之間的耦合來實(shí)現(xiàn)濾波功能，但這種插入式濾波器在高頻頻段會(huì)面對(duì)插入的金屬膜片或者基片會(huì)變得很小，且易形變等一系列的問題。
[0012]現(xiàn)有的超寬帶濾波器結(jié)構(gòu)主要是應(yīng)用在低頻頻段的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)在高頻段不易加工，裝配誤差大，加工精度要求過高，存在于高頻頻段的波導(dǎo)濾波器結(jié)構(gòu)很多也具有上述的問題，比如現(xiàn)有的E面金屬膜片波導(dǎo)濾波器隨著頻率的升高金屬膜片的尺寸會(huì)變得很小，特別是金屬膜片的第一級(jí)金屬膜片長(zhǎng)度減小更加劇烈，在高頻頻段，第一級(jí)金屬膜片長(zhǎng)度太短不易加工、實(shí)物易變形斷裂，且插入型波導(dǎo)濾波器結(jié)構(gòu)因在腔體內(nèi)存在電流消耗元件會(huì)造成插入損耗的惡化。
[0013]綜上所述，本申請(qǐng)實(shí)用新型人在實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)實(shí)施例中實(shí)用新型技術(shù)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問題:
[0014]在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的超寬帶太赫茲波導(dǎo)濾波器存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、安裝誤差較大，不易加工加工精度要求較高，較難實(shí)現(xiàn)超寬帶的技術(shù)問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0015]本實(shí)用新型提供了一種超寬帶太赫茲波紋濾波器，解決了現(xiàn)有的超寬帶太赫茲波導(dǎo)濾波器存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、安裝誤差較大，不易加工，加工精度要求較高，較難實(shí)現(xiàn)超寬帶的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了能夠在太赫茲頻段的超寬帶濾波功能，加工簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安裝誤差較小的技術(shù)效果。
[0016]為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種超寬帶太赫茲波紋濾波器，所述濾波器包括:
[0017]標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)、弧形漸變波導(dǎo)、減高波導(dǎo)、波導(dǎo)短路支節(jié)、諧振波導(dǎo)腔，其中，標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)、弧形漸變波導(dǎo)、減高波導(dǎo)、諧振波導(dǎo)腔、減高波導(dǎo)、弧形漸變波導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)從左到右依次連接組成所述濾波器，所述減高波導(dǎo)兩側(cè)均設(shè)有N個(gè)波導(dǎo)短路支節(jié)，所述N為大于等于2的正整數(shù)，所述波導(dǎo)短路支節(jié)末端設(shè)有倒角，所述濾波器關(guān)于所述濾波器的水平中線和豎直中線均對(duì)稱。
[0018]其中，所述N個(gè)波導(dǎo)短路支節(jié)并聯(lián)連接在所述減高波導(dǎo)上。
[0019]其中，所述諧振波導(dǎo)腔的寬度與所述減高波導(dǎo)的寬度一致。
[0020]其中，所述濾波器左端的減高波導(dǎo)上兩側(cè)互相對(duì)稱的波導(dǎo)短路支節(jié)組成一個(gè)慢波單元，所述濾波器右端的減高波導(dǎo)上兩側(cè)互相對(duì)稱的波導(dǎo)短路支節(jié)組成另一個(gè)慢波單元，所述2個(gè)慢波單元級(jí)聯(lián)且互相對(duì)稱。
[0021]其中，所述每個(gè)慢波單元中N個(gè)波導(dǎo)短路支節(jié)之間間距相等，且間距為0.12mm。
[0022]其中，所述諧振波導(dǎo)腔的長(zhǎng)度為0.7mm，所述減高波導(dǎo)的窄邊長(zhǎng)度為0.3mm，標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)窄邊長(zhǎng)度為b0=0.356mm，減高波導(dǎo)的窄邊長(zhǎng)度為bl=0.3mm，短路支節(jié)窄邊長(zhǎng)度為b2=0.2mm，標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)傳輸長(zhǎng)度為(該長(zhǎng)度可以改變)LO=Imm，減高波導(dǎo)匹配長(zhǎng)度為L(zhǎng)l=0.6mm，諧振波導(dǎo)腔的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2=0.7mm，弧形漸變波導(dǎo)弧形半徑為r0=0.17mm，短路支節(jié)倒角半徑為r2=0.1mm，短路支節(jié)之間的間距為w=0.12mm，短路支節(jié)的長(zhǎng)度為h=0.6mm0
[0023]其中，所述標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)、所述弧形漸變波導(dǎo)、所述減高波導(dǎo)、所述波導(dǎo)短路支節(jié)、所述諧振波導(dǎo)腔均為腔體結(jié)構(gòu)。
[0024]其中，所述波導(dǎo)短路支節(jié)分布在波導(dǎo)H面，加工時(shí)平行于E面切開，H面是指在標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)中平行于傳輸主模TElO模式中磁場(chǎng)的面，E面是指平行于傳輸主模TElO模式中電場(chǎng)的面；具體的說窄邊為E面寬邊為H面。
[0025]本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn):
[0026]由于采用了將超寬帶太赫茲波紋濾波器設(shè)計(jì)為包括:標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)、弧形漸變波導(dǎo)、減高波導(dǎo)、波導(dǎo)短路支節(jié)、諧振波導(dǎo)腔，其中，標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)、弧形漸變波導(dǎo)、減高波導(dǎo)、諧振波導(dǎo)腔、減高波導(dǎo)、弧形漸變波導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)從左到右依次連接組成所述濾波器，所述減高波導(dǎo)兩側(cè)均設(shè)有N個(gè)波導(dǎo)短路支節(jié)，所述N為大于等于2的正整數(shù)，所述波導(dǎo)短路支節(jié)末端設(shè)有倒角，所述濾波器關(guān)于所述濾波器的水平中線和豎直中線均對(duì)稱的技術(shù)方案，即采用純腔體結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)濾波器并通過短路支節(jié)構(gòu)成慢波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的波紋濾波器，通過調(diào)節(jié)短路枝節(jié)使濾波器具有超寬的帶寬，帶寬可達(dá)70GHz，純腔體濾波器不需要添加額外的結(jié)構(gòu)