介质加载可调滤波器及其设计方法、可调双工器技术

本发明专利技术公开了一种介质加载可调滤波器，包括：矩形波导，其腔体被设置于腔体内的一组平行于E面的隔墙分隔为若干谐振腔，该矩形波导的一侧宽边管壁上对应于每个谐振腔的位置至少开设有一个狭缝，狭缝沿E面的等分线分布且狭缝的长度方向平行于E面；调谐介质片，其为具有一组梳齿片的梳状结构，各梳齿片的长度和厚度相同，该梳状结构的所有梳齿片可同时无摩擦地经由所述狭缝插入所述矩形波导的腔体内，并且插入每个谐振腔的梳齿片数量均相同；驱动机构，用于驱动调谐介质片并调节插入深度。本发明专利技术还公开了该滤波器的设计方法及一种可调双工器。本发明专利技术具有更优良的电气性能，且结构更简单，生产成本更低。

【技术实现步骤摘要】
介质加载可调滤波器及其设计方法、可调双工器
本专利技术涉及一种可调滤波器，尤其涉及一种介质加载可调滤波器。
技术介绍
可调滤波器是微波重构系统的重要组成部分，广泛的运用于跳频电台、电子对抗、多功能接收机、动态频率分配系统等方面。常见的可调滤波器多采用射频开关控制加载电容的方式，或者压电电容的方式实现，这些可调滤波器只能工作在较低的频段。近年来由于通信系统发展的需要，微波频段的可调滤波器有了广泛的需要。为了能够满足在微波较高的频段使用，射频波段可调滤波器的设计方法显然不再适用。为了能够在微波频段设计合格的可调滤波器，目前都采用在波导滤波器的基础上，加调谐机制实现。对于波导可调滤波器，是近几年微波点对点通讯研究的一个热门课题，国内外的各大通讯设备制造商，如华为、中兴、NEC、爱立信等都对该领域开展深入的研究。其中NEC最早于2005年就开始该方面的研究，并且于2010年就发表了相关的研究成果。目前在微波领域采用的方法主要有如下几种：1、日本NEC公司提出的介质旋转方式实现可调滤波器(专利号：WO2010150815A1)，用一片高介电常数的介质作为调谐机构，通过步进马达带动一个轴旋转的方式转动介质片调谐，从而实现一个可调的效果。2、华为公司的介质板平推方式，也是用一片高介电常数的介质片作为调谐机构，用两根高强度的介质支撑杆进行推动的方式进行调谐。这两种方式实现的可调滤波器可以工作到k波段，具有较高的性能。但是这两种方法都有缺点：1、这两种形式的可调滤波器的滤波器本身都是采用E面金属膜片隔墙形式的滤波器，这种由于输入和输出端的的膜片厚度非常细，因此，该形式的滤波器首先带宽不能做的很宽，同时金属膜片容易损坏，从根本上就限制了这两种可调滤波器的性能；2、滤波器分割谐振腔之间的隔墙采用膜片式的结构，导致调谐机构只能在半个腔体中调节，限制了调谐的范围，导致调谐带宽不够宽，据报道，可调带宽仅2％--5％；3、调谐过程中带外抑制、带内插损以及带内回波恶化严重，带宽随着调谐不断的变化。此外，NEC方案的最大缺点是介质片最多只能旋转90度，因此调谐非常敏感，为了降低调谐的敏感度，NEC采用了一个由多个齿轮组成类似一个变速箱的减速结构，该结构降低调谐的敏感度度；但是该减速结构的缺点也是十分明显首先结构复杂，体积大成本很高；其次由于减速结构存在扭力问题，工作过程中马达必须一直通电保持锁定状态，既降低了马达的寿命，又增加能耗。华为的方案用介质片平推，但是支持的介质的推动杆不能用金属，只能用高强度的介质杆，容易损坏，且如何保证安装的一致性以及马达驱动时保证向前推动的平衡性也是一个很大的难题。江苏贝孚德通讯科技股份有限公司给出一种用步进马达带动铍青铜膜片作实现的可调滤波器可在很宽的范围内调谐(专利号：ZL201521082510.4)，但是铍青铜含有剧毒金属铍，在很多的国家属于禁止使用的材料。由于金属表面存在电流，若要减小泄漏，必须将调谐片接触的很好，这样就会有很大的摩擦力，导致马达推不动调谐片，因此该方案的泄漏问题也是一个非常难解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种介质加载可调滤波器，其具有更优良的电气性能，且结构更简单，生产成本更低。本专利技术具体采用以下技术方案：一种介质加载可调滤波器，包括：矩形波导，该矩形波导的腔体被设置于腔体内的一组平行于E面的隔墙分隔为若干谐振腔，该矩形波导的一侧宽边管壁上对应于每个谐振腔的位置至少开设有一个狭缝，所述狭缝沿E面的等分线分布且狭缝的长度方向平行于E面；调谐介质片，其为具有一组梳齿片的梳状结构，各梳齿片的长度和厚度相同，该梳状结构的所有梳齿片可同时无摩擦地经由所述狭缝插入所述矩形波导的腔体内，并且插入每个谐振腔的梳齿片数量均相同；驱动机构，用于驱动调谐介质片上的所有梳齿经由所述狭缝插入所述矩形波导的腔体内，并调节插入深度。优选地，所述调谐介质片的材质为高频微波PCB基片。优选地，所述矩形波导由两片大致对称的部件组合而成，所述隔墙与所述部件一体化成型。优选地，所述介质加载可调滤波器还包括用于抑制谐波的低通滤波单元。优选地，所述驱动机构包括步进电机和控制器。优选地，每个谐振腔只有一个狭缝，该谐振腔所对应的所有梳齿片均经由该狭缝插入所述矩形波导的腔体内。或者，每个谐振腔具有与每个谐振腔所对应梳齿片同样数量的狭缝，狭缝与梳齿片一一对应，每个狭缝的长、宽尺寸略大于其所对应梳齿片的宽度、厚度。如上任一技术方案所述介质加载可调滤波器的设计方法，包括以下步骤：步骤1、根据所述介质加载可调滤波器的基本拓扑结构，计算出其耦合矩阵；步骤2、根据所得到的耦合矩阵设计不带调谐介质片的波导滤波器的尺寸参数；所述不带调谐介质片的波导滤波器的中心频率为所要求可调频率的上限值，其它参数满足指标要求；步骤3、在所设计的不带调谐介质片的波导滤波器的基础上，以中心频率为所要求可调频率的下限值且其它参数满足指标要求作为目标，依据设定的插入每个谐振腔的梳齿片数量以及所使用调谐介质片材料的介电常数、厚度，计算出所述不带调谐介质片的波导滤波器中每个谐振腔中需增加的介质片的尺寸参数；步骤4、根据所得到的每个谐振腔中需增加的介质片的尺寸参数，得到调谐介质片的梳齿片的尺寸参数，进而得到调谐介质片整体的尺寸参数。利用本专利技术介质加载可调滤波器还可以得到以下技术方案：一种可调双工器，包括高端滤波器、低端滤波器，以及连接所述高端滤波器和低端滤波器的波导环形器，所述高端滤波器和/或低端滤波器为如上任一技术方案所述介质加载可调滤波器。一种可调双工器，其为如上任一技术方案所述介质加载可调滤波器。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术在E面波导滤波器的基础上，在E面中心开缝并采用梳状结构的调谐介质片作为调谐机构；由于调谐介质片本身是绝缘体，表面不存在电流，并且调谐介质片是从E面中心开缝伸入波导腔体内部进行调谐的，由矩形波导的传输特性可知，不存在泄漏的问题，因此，调谐介质片和波导管壁之间可留有一定的间隙，由于该间隙的存在，调谐介质片和金属管壁之间几乎不存在摩擦力，因此只需要很小的推力就可以推动调谐介质片，有利于驱动机构的小型化。另外，由于该调谐介质片是由E面中心插入，该方式在调谐方面还有另外两个优点：1、调谐不是是很敏感，因此不需要变速结构；2、调谐时滤波器中心频率移动和调谐片伸入滤波器腔内的距离几乎是线性关系，因此调谐时很容易控制所需要的滤波器中心频率。此外，本专利技术滤波器被设计为在可调范围内的每一个中心频率点位置都遵循同一个耦合矩阵，由此可以保证可调滤波器在整个调谐范围内带宽几乎不变。附图说明图1为本专利技术可调双工器一个具体实施例的结构示意图；图2为具体实施例中介质加载可调滤波器的部件结构示意图；图3为具体实施例中组成矩形波导的其中一个部件的结构示意图；图4为具体实施例中介质加载可调滤波器的调谐介质片结构示意图；图5为计算出的不带调谐介质片的波导滤波器的尺寸参数；图6为计算出的调谐介质片各梳齿片的尺寸参数；图7和图8分别为本专利技术介质加载可调滤波器的回波和传输系数。图中附图标记含义如下：1、控制器，2、高端滤波器的驱动电机，3、低端滤波器的驱动电机，4、波导环形器，5、高端滤波器的矩形波导，6、低端滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介质加载可调滤波器，其特征在于，包括：矩形波导，该矩形波导的腔体被设置于腔体内的一组平行于E面的隔墙分隔为若干谐振腔，该矩形波导的一侧宽边管壁上对应于每个谐振腔的位置至少开设有一个狭缝，所述狭缝沿E面的等分线分布且狭缝的长度方向平行于E面；调谐介质片，其为具有一组梳齿片的梳状结构，各梳齿片的长度和厚度相同，该梳状结构的所有梳齿片可同时无摩擦地经由所述狭缝插入所述矩形波导的腔体内，并且插入每个谐振腔的梳齿片数量均相同；驱动机构，用于驱动调谐介质片上的所有梳齿经由所述狭缝插入所述矩形波导的腔体内，并调节插入深度。

【技术特征摘要】
1.一种介质加载可调滤波器，其特征在于，包括：矩形波导，该矩形波导的腔体被设置于腔体内的一组平行于E面的隔墙分隔为若干谐振腔，该矩形波导的一侧宽边管壁上对应于每个谐振腔的位置至少开设有一个狭缝，所述狭缝沿E面的等分线分布且狭缝的长度方向平行于E面；调谐介质片，其为具有一组梳齿片的梳状结构，各梳齿片的长度和厚度相同，该梳状结构的所有梳齿片可同时无摩擦地经由所述狭缝插入所述矩形波导的腔体内，并且插入每个谐振腔的梳齿片数量均相同；驱动机构，用于驱动调谐介质片上的所有梳齿经由所述狭缝插入所述矩形波导的腔体内，并调节插入深度。2.如权利要求1所述介质加载可调滤波器，其特征在于，所述调谐介质片的材质为高频微波PCB基片。3.如权利要求1所述介质加载可调滤波器，其特征在于，所述矩形波导由两片大致对称的部件组合而成，所述隔墙与所述部件一体化成型。4.如权利要求1所述介质加载可调滤波器，其特征在于，其还包括用于抑制谐波的低通滤波单元。5.如权利要求1所述介质加载可调滤波器，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机和控制器。6.如权利要求1所述介质加载可调滤波器，其特征在于，每个谐振腔只有一个狭缝，该谐振腔所对应的所有梳齿片均经由该狭缝插入所述矩形波导的腔体内。7.如权利要求1所述介质加载可调滤波器，其特征在于，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：江顺喜，彭海璐，殷实，周方平，梁国春，项显，赵媛媛，
申请(专利权)人：江苏贝孚德通讯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32