CN121663140A - 一种改进型波导滤波器及其制作方法 - Google Patents

一种改进型波导滤波器及其制作方法

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CN121663140A CN202610007866.8A CN202610007866A CN121663140A CN 121663140 A CN121663140 A CN 121663140A CN 202610007866 A CN202610007866 A CN 202610007866A CN 121663140 A CN121663140 A CN 121663140A
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Abstract

本发明公开了一种改进型波导滤波器，涉及滤波器技术领域，包括波导滤波器主体以及开设在波导滤波器主体内的波导腔体，所述波导腔体内分隔有多个传统波导谐振腔，至少一个传统波导谐振腔通过单脊波导谐振器构制成为单脊波导谐振腔，且用于在滤波器幅频特性的高端引入传输零点，改善高端幅频特性的陡峭度；该一种改进型波导滤波器，通过单脊谐振腔在高端自然引入传输零点，无需复杂耦合结构；幅频特性对称性显著提升，有效提高了高端陡峭度；插损基本不变，甚至因结构优化而略有降低；设计灵活，可通过调整单脊参数控制零点频率与深度；工艺与传统波导兼容，便于量产与推广。

Description

一种改进型波导滤波器及其制作方法
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体为一种改进型波导滤波器及其制作方法。
背景技术
传统波导滤波器因其结构简单、功率容量大、插损低等优点而被广泛应用于微波系统中。典型的波导滤波器采用半波长谐振腔串联，并通过电感膜片实现腔间耦合。然而，该类滤波器在宽带设计时普遍存在幅频特性不对称问题：低频段衰减陡峭，而高频段衰减平缓，导致高端抑制能力不足。
为改善高端性能，传统做法是增加滤波器阶数，但这会引入额外损耗、增加体积和成本；即使通过交叉耦合或非相邻腔耦合引入传输零点，但往往结构复杂、调试困难，且易牺牲带内性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进型波导滤波器及其制作方法，以解决上述现有技术中的不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改进型波导滤波器，包括波导滤波器主体以及开设在波导滤波器主体内的波导腔体，所述波导腔体内分隔有多个传统波导谐振腔，至少一个传统波导谐振腔通过单脊波导谐振器构制成为单脊波导谐振腔，且用于在滤波器幅频特性的高端引入传输零点，改善高端幅频特性的陡峭度。
优选的，单脊波导谐振腔的单脊波导谐振器用于替换传统波导滤波器中的至少一个半波长波导腔谐振器。
优选的，所述波导滤波器主体还包括电感膜片，用于形成谐振腔之间的并联电感耦合结构。
4．一种改进型波导滤波器的制作方法，包括以下步骤：S1、根据滤波器的中心频率、带宽和带外抑制要求，确定滤波器的阶数n及谐振腔数量；选定至少一个传统波导谐振腔并采用单脊波导谐振器，其余谐振腔采用传统矩形波导腔；使用三维电磁仿真软件建立滤波器模型，对单脊的脊高 ，脊宽、脊长及脊在腔体中的纵向位置进行参数化扫描；通过优化使单脊谐振腔在目标高端频率处引入传输零点，并确保带内匹配与低损耗；S2、选用导电率高的金属材料加工波导腔体，采用数控铣削工艺一次成型；单脊结构采用与腔体一体铣削或分体加工后真空钎焊连接，确保电接触连续性；腔体内壁进行表面处理，包括抛光、镀银或镀金，以降低表面粗糙度与损耗；S3、电感膜片采用与腔体相同材料，通过线切割或光刻工艺制作，膜片开口形状为矩形或圆形；膜片厚度和开口尺寸根据仿真确定的耦合系数进行精确控制；将膜片安装于谐振腔之间的隔板槽中，采用导电胶粘接或激光焊接固定；S4、在每个谐振腔中心位置安装调谐螺钉，螺钉材料选用非磁性金属；结合矢量网络分析仪实时监测和参数；依次调节各螺钉深度，优先优化中心频率与带宽，再精细调整高端传输零点位置；S5、测试滤波器的全频段S参数，验证带内插损、带外抑制与高端陡峭度；进行温度循环与振动测试，验证滤波器在环境应力下的性能稳定性；对合格产品进行氦质谱检漏，确保气密性满足高可靠性应用要求。优选的，所述步骤S1中单脊波导谐振腔的脊高满足：
其中，为波导腔高度。
优选的，所述步骤S3中电感膜片的开口面积满足：其中，为波导波长，为特征阻抗，k 为耦合系数，取值范围为0.05～0.3。
优选的，所述步骤S4中调谐螺钉的调谐精度不低于0.01，且调谐过程中采用迭代优化算法实现自动化调试。
在上述技术方案中，本发明提供的一种改进型波导滤波器及其制作方法，通过单脊谐振腔在高端自然引入传输零点，无需复杂耦合结构；幅频特性对称性显著提升，有效提高了高端陡峭度；插损基本不变，甚至因结构优化而略有降低；设计灵活，可通过调整单脊参数控制零点频率与深度；工艺与传统波导兼容，便于量产与推广。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的波导滤波器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的传统波导滤波器的幅频特性曲线与改进型波导滤波器的幅频特性曲线的对照图；
图3为本发明实施例提供的波搭配滤波器主体的制作方法的工艺流程图。
附图标记说明：
1、波导滤波器主体；2、波导腔体；3、传统波导谐振腔；4、单脊波导谐振腔；5、电感膜片；6、单脊波导谐振器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
请参阅图1-3，本发明实施例提供的一种改进型波导滤波器，包括波导滤波器主体1以及开设在波导滤波器主体1内的波导腔体2，波导腔体2内分隔有多个传统波导谐振腔3，至少一个传统波导谐振腔3通过单脊波导谐振器6构制成为单脊波导谐振腔4，且用于在滤波器幅频特性的高端引入传输零点，改善高端幅频特性的陡峭度。
其中，单脊波导谐振腔4的单脊波导谐振器6用于替换传统波导滤波器中的至少一个半波长波导腔谐振器。
其中，波导滤波器主体1还包括电感膜片5，用于形成谐振腔之间的并联电感耦合结构。
一种改进型波导滤波器的制作方法，包括以下步骤：S1、根据滤波器的中心频率、带宽和带外抑制要求，确定滤波器的阶数n及谐振腔数量；选定至少一个传统波导谐振腔3并采用单脊波导谐振器6，其余谐振腔采用传统矩形波导腔；使用三维电磁仿真软件建立滤波器模型，对单脊的脊高 ，脊宽、脊长及脊在腔体中的纵向位置进行参数化扫描；通过优化使单脊谐振腔在目标高端频率处引入传输零点，并确保带内匹配与低损耗；具体的，该过程为电气设计与仿真优化步骤，其可采用使用HFSS软件建模，通过参数扫描优化脊高、脊宽及膜片开口。具体的，在实际实施例中，仿真结果显示，脊宽远小于脊高，脊宽与电感膜片宽度相当；其中，脊高3.6mm，脊宽1.0mm，脊长7.5mm，脊的旋转角度20°，可在22.5GHz处形成深度超过－100 dB的传输零点。
S2、选用导电率高的金属材料加工波导腔体2，采用数控铣削工艺一次成型；单脊结构采用与腔体一体铣削或分体加工后真空钎焊连接，确保电接触连续性；腔体内壁进行表面处理，包括抛光、镀银或镀金，以降低表面粗糙度与损耗；具体的，此过程步骤为腔体精密加工，可采用五轴数控铣床一次性加工出带单脊的腔体结构，定位精度±0.01 mm。单脊与腔体为一体化设计，无需装配。
S3、电感膜片5采用与腔体相同材料，通过线切割或光刻工艺制作，膜片开口形状为矩形或圆形；膜片厚度和开口尺寸根据仿真确定的耦合系数进行精确控制；将膜片安装于谐振腔之间的隔板槽中，采用导电胶粘接或激光焊接固定；此过程还需表面处理，优选的实际实施例中，腔体内壁进行机械抛光至Ra ≤ 0.4 μm，随后化学镀银，镀层厚度4～6 μm。
S4、在每个谐振腔中心位置安装调谐螺钉，螺钉材料选用非磁性可调金属；结合矢量网络分析仪实时监测和参数；依次调节各螺钉深度，优先优化中心频率与带宽，再精细调整高端传输零点位置；安装调谐螺钉后，连接矢量网络分析仪与自动化调谐软件。采用迭代算法依次调节各螺钉深度，优先优化通带匹配，再精细调整传输零点位置。
S5、测试滤波器的全频段S参数（在自然环境下均可测试，优选为在微波暗室中），验证带内插损、带外抑制与高端陡峭度；进行温度循环与振动测试，验证滤波器在环境应力下的性能稳定性；对合格产品进行氦质谱检漏，确保气密性满足高可靠性应用要求。
其中，步骤S1中单脊波导谐振腔4的脊高满足：其中，为波导波长，为特征阻抗，k 为耦合系数，取值范围为0.05～0.3。其中，步骤S4中调谐螺钉的调谐精度不低于0.01，且调谐过程中采用迭代优化算法实现自动化调试。
在具体的实施例中，波导滤波器主体1内采用7腔结构，其中，可优选第4腔为单脊波导谐振腔4；且腔体材料优选为铝镁合金AlMg3。进一步的，单脊高度可通过微型促动器动态调整，实现传输零点频率在±5%范围内可调。适用于认知无线电与频率捷变系统。同时，脊部分体设计，通过压电陶瓷促动器改变脊与顶壁间距；控制系统根据通信协议动态调整零点位置；调试过程中采用机器学习算法优化调谐轨迹。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种改进型波导滤波器，包括波导滤波器主体以及开设在波导滤波器主体内的波导腔体，所述波导腔体内分隔有多个传统波导谐振腔，其特征在于：至少一个传统波导谐振腔通过单脊波导谐振器构制成为单脊波导谐振腔，且用于在滤波器幅频特性的高端引入传输零点，改善高端幅频特性的陡峭度。
2.根据权利要求1所述的一种改进型波导滤波器，其特征在于，单脊波导谐振腔的单脊波导谐振器用于替换传统波导滤波器中的至少一个半波长波导腔谐振器。
3.根据权利要求1所述的一种改进型波导滤波器，其特征在于，所述波导滤波器主体还包括电感膜片，用于形成谐振腔之间的并联电感耦合结构。
4.一种制作任意权利要求1-3所述的一种改进型波导滤波器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤
S1、根据滤波器的中心频率、和带外抑制要求，确定滤波器的阶数n及谐振腔数量；选定至少一个传统波导谐振腔并采用单脊波导谐振器，其余谐振腔采用传统矩形波导腔；使用三维电磁仿真软件建立滤波器模型，对单脊的脊高，脊宽、，脊长及脊在腔体中的纵向位置进行参数化扫描；通过优化使单脊谐振腔在目标高端频率处引入传输零点，并确保带内匹配与低损耗；
S2、选用导电率高的金属材料加工波导腔体，采用数控铣削工艺一次成型；单脊结构采用与腔体一体铣削或分体加工后真空钎焊连接，确保电接触连续性；腔体内壁进行表面处理，包括抛光、镀银或镀金，以降低表面粗糙度与损耗；
S3、电感膜片采用与腔体相同材料，通过线切割或光刻工艺制作，膜片开口形状为矩形或圆形；膜片厚度和开口尺寸根据仿真确定的耦合系数进行精确控制；将膜片安装于谐振腔之间的隔板槽中，采用导电胶粘接或激光焊接固定；根据仿真确定的耦合系数进行精确控制；将膜片安装于谐振腔之间的隔板槽中，采用导电胶粘接或激光焊接固定；
S4、在每个谐振腔中心位置安装调谐螺钉，螺钉材料选用非磁性金属；结合矢量网络分析仪实时监测和参数；依次调节各螺钉深度，优先优化中心频率与带宽，再精细调整高端传输零点位置；
S5、测试滤波器的全频段S参数，验证带内插损、带外抑制与高端陡峭度；进行温度循环与振动测试，验证滤波器在环境应力下的性能稳定性；对合格产品进行氦质谱检漏，确保气密性满足高可靠性应用要求。
5.根据权利要求4所述的一种改进型波导滤波器的制作方法，其特征在于，所述步骤S1中单脊波导谐振腔的脊高满足：
其中，为波导腔高度。
6.根据权利要求4所述的一种改进型波导滤波器的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中电感膜片的开口面积满足：
其中，为波导波长，为特征阻抗，k 为耦合系数，取值范围为0.05～0.3。
7.根据权利要求4所述的一种改进型波导滤波器的制作方法，其特征在于，所述步骤S4中调谐螺钉的调谐精度不低于0.01，且调谐过程中采用迭代优化算法实现自动化调试。
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