一种宽频带高抑制度的波导滤波器的制作方法

本发明涉及卫星通信领域，尤其是涉及一种宽频带高抑制度的波导滤波器，该滤波器用于卫星通信地面站。

背景技术：

卫星通信地面站，它由天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备、监控设备及电源等组成。Ku和Ka波段，宽带频谱复用馈源网络系统是下一代卫星通信系统中的关键技术。这些天线不仅用于通信,还有用于雷达、电子战、武器制导和导航等；这就需要一幅天线实现工作在多个工作频率内，从而减少天线的数量和所占体积。其中地面站中，反射面天线的馈源网络包含馈源和微波网络，目前Ka和Ku频段的馈源(波纹喇叭)设计不存在难度，最大的难度在微波网络部分，分波器是馈源网络的关键部件，位于波纹喇叭的后端，它的性能直接决定着整个馈源网络的特性。

当多频共用时，由于分波器的口径尺寸相对于高频段来说属于过模波导，会产生高次模，如果高次模抑制不好的话，这些被激励起来的高次模就会在馈源中传输辐射，恶化馈源的辐射特性。如果分波器不能做到对称，也会影响圆极化轴比指标。为了避免两个工作频段的干扰，需要做到滤波器的宽频带和对二次和三次谐波的高抑制度。

从滤波器的应用领域来看，目前主要应用于卫星天线的馈电网络部分，也可以单纯的作为宽带的大功率滤波器使用。从滤波器的设计形式来看，与已有的宽带高抑制度滤波器的设计专利，比较如下：

中国专利号为CN201877547U，名称：可实现良好谐波抑制响应的不对称正规耦合级联滤波器，由两个滤波模块级联而成，其中一个滤波模块为高Q值的谐振器，另一个滤波模块为低Q值谐振器。改级联滤波器，低Q值滤波模块提供了良好的谐波抑制性能和较小的体积，可实现和优化滤波器的滤波频率响应性能，同时具有更小的体积尺寸和低成本的特点；但是其结构复杂，需要调试。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是多频共用时，如何对高次模进行抑制，解决了目前Ku/Ka双频卫星天线带宽频谱复用馈源网络系统和未来第三代卫星Ku/Ka双频卫星天线的关键问题。性能指标能够有效的保证了后期天线系统工作频带内辐射方向图圆对称、边缘照射电平基本一致、交叉极化隔离度高、电压驻波比低、电压轴比小、插入损耗小、端口隔离度及频带隔离度。

本发明的目的是这样实现的：一种宽频带高抑制度的波导滤波器，包括两段相同的阶梯阻抗变换器和金属块模部分，金属块模部分位于两段阶梯阻抗变换器之间，所述阶梯阻抗变换器由N阶变换部分依次连接组成，N阶变换部分的波导口沿波导滤波器的轴向由外到内依次变小，第一阶变换部分为波导滤波器的输入/输出口，第N阶变换部分的末端开槽；所述金属块模部分由相对设置的上层金属块模部分和下层金属块模部分组成，上层金属块模部分位于波导滤波器的上部腔体内壁，下层金属块模部分位于波导滤波器的下部腔体内壁，两层金属块模部分和下层金属块模部分之间有间隔，每层金属块模部分均包括由按照矩阵形式排布的多个金属块，相邻金属块之间开有槽，每一行的金属块与波导滤波器内壁有间隔，第一列和最后一列的金属块均位于第N阶变换部分上且其一边与第N阶变换部分末端重合；其中N为大于3的整数。

其中，所述第一阶变换部分为BJ140标准波导。

其中，所述每层金属块模部分沿波导滤波器的轴向开有4条横槽，沿波导滤波器的径向开有5条纵槽，这些槽共分割出30个金属块，第一条纵槽和最后一条纵槽与第N阶变换部分末端的槽重合。

其中，所述阶梯阻抗变换器由4阶变换部分依次连接组成。

其中，第一阶变换部分至第四阶变换部分的宽度分别为8mm、8.12mm、3.64mm和9.26mm。

其中，第二至第四阶变换部分的高度分别为4.31mm、5.91mm、6.41mm；所有金属块的长度均为2.382mm，高度均为7.308mm，上下两层金属块间隔为0.91mm；第一列和第六列的金属块宽度均为1.88mm，第二列和第五列的金属块宽度均为1.85mm，第三列和第四列的金属块宽度均为1.7mm；第一条和第五条纵槽宽度为1.26mm，第二条和第四条纵槽宽度为1.51mm,第三条纵槽宽度为1.85mm；第一行金属块离波导滤波器边缘的距离为0.7mm；每一条横槽宽度均为1.428mm。

本发明相比现有技术的优点在于：

(1)本滤波器采用对称化设计，两个标准的波导接口端口采用的是BJ140，两端是两个相同的4段阶梯阻抗变换器，对称化设计；中间是块模部分，横向开了四条槽，纵向开了5条槽，共分割出30个金属块，其中第一条和最后一条槽的位置在阻抗变换器的最后一阶。加工分为上下两个合板，最后喷漆粘合而成。最后滤波器的通带10GHz～15GHz；阻带：19.6-31GHz，采用一体加工，免调试，可靠性高。

(2)比Arnedo2006年发表在ELECTRONICS LETTERS上的《Ku-band high-power lowpass filter with spurious rejection》文献中的模型长度小了2/3。

(3)比Ivan Arregui2010年发表在IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS杂志中的《A Compact Design of High-Power Spurious-Free Low-Pass Waveguide Filter》模型长度也要小1/2，而且带宽要宽。

(4)相对于专利号为CN201877547U专利，具有结构简单，免调试的优点；相对于文献1和2，在工作指标相同的情况下，具有加工简单，体积小的优点。

附图说明

图1是本发明的内部结构侧视示意图。

图2是本发明的内部结构俯视示意图。

图3是本发明侧面外表示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

整个滤波器的长度为72.48mm,图1中的1-4分别为第一至第四阶变换部分，是由宽度不同、高度不同的矩形波导构成，由于矩形波导具有截止低频效应，不能通过波导截至频率以下的频率。入射部分和出射部分采用阶梯阻抗变换器，使得与入射的标准波导相匹配，图1的1-4和图2的11-14显示，滤波器的金属壁厚度为3mm，各变换部分长度相同，高度不同，第二至第四阶变换部分的高度h1、h2、h3分别为4.31mm、5.91mm、6.41mm，第一至第四阶变换部分的宽度分别为8mm、8.12mm、3.64mm、9.26mm(波导口分别作为长和高，波导口沿轴向方向作为宽)。

为了使滤波器实现以主模TE₁₀传输，达到较好的通带和阻带特性，如图1的5-10部分，在矩形波导部分开了一些纵向槽，使很多高次模受到抑制。在这里，与传统的块模滤波器不同，在阶梯阻抗变换器的最后一节，也就是图1中的第4阶变换部分就开始进行开槽。

每一个分割的金属块的尺寸并不完全相同。所有金属块的长度均为2.382mm，金属块高度h为7.308mm，上下两层金属块间隔为0.91mm；第一列和第六列的金属块宽度均为1.88mm，第二列和第五列的金属块宽度均为1.85mm，第三列和第四列的金属块宽度均为1.7mm；第一条和第五条纵槽宽度为1.26mm，第二条和第四条纵槽宽度为1.51mm,第三条纵槽宽度为1.85mm；从图3滤波器的侧面图看，第一行金属块离滤波器边缘的缝隙宽0.7mm，侧面看金属块的宽度均为2.382mm，侧面看缝隙均为1.428mm。另外块模部分虽然没有使用中间两个四分之一的波长变换器进行级联，最后的测试结果显示仍然很好对对二次、三次谐波进行了抑制。

本发明的安装结构如下：

本发明两端的标准波导BJ140与系统中其他部分通过法兰盘上的螺钉进行固定连接。