[发明专利]一种小型波导双工器

说明书

技术领域

本发明涉及微波毫米波滤波器设计技术，尤其涉及一种小型波导型双工器设计方法。

背景技术

双工器是发射接收系统中的一个重要的微波、毫米波器件，在毫米波频段，大多采用波导器件。波导双工器由于其损耗小，功率容量大等优点在微波毫米波通信、卫星通信、雷达、电子对抗、测试仪表等系统中应用广泛。在双工器的设计中，位于两个通道路径上的波导带通滤波器对双工器的性能及尺寸起着至关重要的作用。目前，国内外有多种波导带通滤波器的设计方法及种类，但其中由于E面波导滤波器具有加工简单、成本低、适用于大批量生产，设计较灵活等优点，因此E面波导滤波器在波导双工器中的应用较为广泛。国内外很多研究学者进行了相关研究，例如，在国内有关于Ka波段波导双工器的研制(见：张志鸿,邓友富.Ka波段波导双工器的研制[C].浙江省电子学会2013学术年会,2013,29-30.)，该双工器是由两个E面膜片波导滤波器和H面T型结构共同构成，其中E面膜片波导滤波器是其重要的组成部分，位于输入端到两个输出端的路径上，具有不同的工作频段，较好的实现双工特性。在国外，例如采用H面Y型结构和两个E面膜片波导滤波器实现波导双工器(见：G.Shimonov,K.Garb,R.Kastner.Mode Matching Analysis and Design of Waveguide E-plane Filters and Diplexers[C].Antenna Technology(IWAT),2010International Workshop on,2010,1-4.)，同理，这两个E面膜片波导滤波器位于不同的路径上具有不同的工作通带，在双工器的设计中具有重要作用，此外，该双工器的两个通道的工作通带3dB相对带宽均小于2％，最小插入损耗大于1dB，整个双工器的长度尺寸大于10倍波导波长。通过分析总结国内外的双工器研究成果，可知，目前所设计的双工器结构尺寸大都相对较大，其根本原因在于通道上采用的带通波导滤波器都进行了多级级联而体积较大，造成最终设计的双工器体积较大；若是直接减少级联数目，虽然可以实现小型化，但是其滤波特性以及双路隔离度又会大幅度降低。如何解决小型化与滤波隔离之间的矛盾是双工器研究的一大难点，本发明致力于提出一种整体结构尺寸小于一个波导波长的小型化双工器，通过调控滤波器的传输零点来保证滤波与隔离性能。

发明内容

由于影响双工器尺寸大小的主要因素在于通道上的波导滤波器的结构尺寸，因此对于选择具有较小尺寸实现较好性能的优良波导滤波器对于小型双工器的设计是至关重要的。本发明将采用加工较为方便的H面T型结结构和一种新型的波导滤波器，实现双工器小型化的同时，尽可能保证其良好的滤波以及双路隔离性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种小型波导双工器，包括一个H面T型结、一个标准矩形波导输入端口P1、两个标准矩形波导输出端口P2和P3、位于输入端口P1到输出端口P2的路径上的第一波导带通滤波器、位于输入端口P1到输出端口P3的路径上的第二波导带通滤波器，所述第一波导带通滤波器由位于介质基板正面的矩形金属环和位于介质基板背面的两根金属条带构成，第二波导带通滤波器由位于介质基板正面的矩形金属环和位于介质基板背面的两根金属条带构成；第一波导带通滤波器和第二波导带通滤波器具有不同的结构尺寸，其中，第一个波导带通滤波器的工作特性主要由参数h₁,w₁,t₁决定，第二个波导带通滤波器的工作特性主要由参数h₂,w₂,t₂决定，两个波导带通滤波器具有不同尺寸参数，工作在不同的频段内，从而实现频率双工的特性。

进一步的，第一波导带通滤波器和第二波导带通滤波器均是基于电磁感应透明(EIT)原理实现的，并且其通带两侧存在用来改善矩形系数的传输零点；在设计中使第一个波导带通滤波器的上边带零点位于第二个波导带通滤波器的通带频段内；第二个波导带通滤波器的下边带零点位于第一个波导带通滤波器的通带频段内，从而减少两波导带通滤波器通带之间的干扰。