[发明专利]一种K波段介质膜片加载圆波导馈电滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种工作在K波段的介质膜片加载圆波导馈电滤波器，即可以通过一定频率 的微波信号也可以抑制设计频率范围外的微波信号，主要用于物位测量雷达系统中的隔离透 波馈电装置。

背景技术

微波无源滤波器是微波、毫米波雷达系统中的重要器件，其性能的优劣往往会直接影响 整个系统的质量。近年来随着微波、毫米波技术的迅速发展，这类器件在微波、毫米波通信、 微波导航、制导、遥测遥控、卫星通信以及军事电子对抗领域的需求量不断增大。目前，根 据滤波器结构分类有波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带线滤波器等。而波导 滤波器因其Q值高，插损小，温度稳定性好，高功率容量等优点，在实际工程中得到了广泛 的应用。

当雷达天线系统工作于高温、潮湿、粉尘等恶劣环境时，通常需要在天线馈电结构中加 入机械隔离结构以保护天线后端的微波电路不受环境影响。一方面要求这种隔离结构隔热、 防水、防尘，另一方面要求在一定工作带宽内插入损耗低，匹配性能好。

目前，常用于物位测量雷达系统中的机械隔离透波馈电装置如图2所示，介质锥的作用 有两个方面，一是通过在圆波导内紧密填充介质锥来隔离雷达系统中的微波电路和置于工作 环境中的雷达天线，另一方面由于介质的存在，导致了空气波导和介质波导的特性阻抗不连 续，因此采用介质锥进行特性阻抗的过渡，提高匹配性能，减小插入损耗。通常介质锥采用 的材料为聚四氟乙烯，介电常数在2.0左右，不耐高温，因此不适合工作在高温环境。此外， 介质锥不宜采用介电常数高的耐高温材料，如介电常数为9.0的纯度为99％的氧化铝。当采 用这种高介电常数的材料时，为了达到良好的性能，介质锥的长度需要很长，在实现上缺乏 可操作性。此外常常会引起高次模的谐振。

介质膜孔耦合波导滤波器是一种成熟的波导滤波器技术，在矩形波导和圆波导中都可以 实现，加工也很方便。如图1所示，圆波导中加载的介质膜孔等效为一种并联谐振回路，通 过在波导的不同位置加载这样的介质膜孔，可以构成特定性能的滤波器。介质膜孔滤波器进 行匹配的原理是利用膜孔产生的反射波来抵消由于负载不匹配所产生的反射波。然而由于介 质膜孔滤波器需要在加载的介质膜片上开一定尺寸的孔来实现谐振特性，因此不能满足雷达 系统中的微波电路和置于工作环境中的雷达天线的机械隔离要求。而在恶劣工作环境中，如 粉尘、热、腐蚀性气体将轻易的通过该波导滤波器的模孔进入其后的微波电路，从而影响到 整套系统的性能。

因此，对于工作在恶劣环境中的物位测量雷达系统，设计一种加工方便，具备机械隔离 能力和工作频带内透波性能好的滤波装置是有实际意义的。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种加工方便，具备机械隔离能力 和工作频带内透波性能好的介质膜片加载圆波导滤波器。

本发明的技术解决方案：一种介质膜片加载圆波导馈电滤波器，包括：圆柱形金属空腔、 位于圆柱形金属空腔内的微波基板、由微波基板蚀刻加工而成的介质膜片和环绕介质膜片的 金属化过孔；所述的金属化过孔形成等效圆波导壁；所述的圆柱形金属空腔中的电磁波传输 模式为单一TE11模；所述的微波基板和介质膜片数量至少为两个。

所述的圆柱形金属空腔的内半径的范围为3.3～6.6mm。

所述的微波基板的厚度为10mils～20mils。所述的每两个微波基板之间的间距为5.7～ 8.3mm；所述的微波基板的结构为平面叠层结构，中间层为介质，附着于中间介质层上下两 边的为金属层。

所述的介质耐500℃以上高温，介电常数在2～10之间。

所述的介质膜片是利用图形电镀蚀刻法，在设计的介质膜片的区域将微波基板腐蚀掉介 质层上下的金属层加工而成。

所述的介质膜片的半径大于圆柱形金属空腔的内半径与介电常数开方的比值，小于圆柱 形金属空腔的内半径。

所述的金属化过孔等角度间隔分布于圆形介质膜片的周围，角度间隔在10～30度之间。

所述的金属化过孔边沿至圆形介质膜片边沿的距离不大于0.5mm。