[发明专利]一种具有双传输零点的毫米波矩形腔体滤波器

说明书

本发明提供一种基于TE₃₀₁/TE₃₀₂谐振腔构成的具有双传输零点的毫米波矩形腔体滤波器，包括顺次连接且中轴线在同一直线上的输入波导(300)、第一耦合膜片(3001)、第一谐振腔(301)、第二耦合膜片(3012)、第二谐振腔(302)、第三耦合膜片(3023)、第三谐振腔(303)、第四耦合膜片(3034)、第四谐振腔(304)、第五耦合膜片(3045)、第五谐振腔(305)、第六耦合膜片(3056)以及输出波导(306)；本发明的滤波器在其频率响应曲线在小于中心频率的一侧和大于中心频率的一侧同时各形成一个传输零点，实现了具有较高带外抑制的太赫兹波导滤波器；而且输入波导、输出波导以及所有谐振腔均在同一直线上，有利于减小体积，更适合系统集成。

技术领域

本发明属于毫米波、太赫兹波导滤波器领域，尤其涉及一种带传输零点的波导滤波器。

背景技术

波导滤波器具有Q值高、插入损耗小、功率容量高等优点在微波毫米波系统等领域得到了广泛的应用。近年来，随着毫米波与太赫兹技术的发展，波导滤波器由于其易加工的特点也备受青睐。

根据滤波器设计理论可知，增加滤波器的阶数可以有效提高滤波器的矩形系数，但这种传统的方法会增加波导滤波器的体积和重量，导致其不易集成在系统之中，同时增加滤波器的物理长度也会使滤波器的导体损耗增大。

针对这个问题，学者提出了采用椭圆函数滤波器的方法，可以在不增加滤波器阶数的情况下在滤波器的带外引入传输零点，从而提高滤波器的矩形系数。具体的实现途径有交叉耦合技术、双模及多模技术、以及提取零点技术等。2004年，学者S.Amari提出了一种基于singlet的提取零点技术。所谓的singlet是指这样一种结构，该结构包含一个谐振腔和其输入输出耦合膜片，且该结构具备同时产生一个传输零点和一个传输极点的功能。后续学者对这种技术进行了发展，典型的结构有基于TE₂₀₁模式的singlet和基于TM₁₁₀模式的singlet等。

文献“Nonresonating Mode Waveguide Filters”中详细介绍了singlet的原理，并介绍了一种基于TE₂₀₁模谐振腔的singlet功能结构及其分析方法，其示意图如图1所示。

在图1的(a)中，通过合理的设计谐振腔的结构，波导中传输的电磁波(TE₁₀模)能够在谐振腔中激发起TE₂₀₁谐振模式，TE₂₀₁模式又通过耦合窗口转化为TE₁₀模式在输出波导中继续传播。由于磁场的连续性，可以看出，谐振腔的输入输出端的膜片附近，TE₁₀模的磁场切向法线相差180度。但与此同时，由于谐振腔的结构的宽边宽于输入波导，因此谐振腔里一定有TE₁₀模式的电磁波传播，此时TE₁₀模式可以被认为是第二条耦合路径也即旁路耦合(bypass)路径，且其耦合系数为负。

在图1(b)中，场的形成机理与图1(a)中类似，但在图1(b)中由于谐振腔的输入输出端口偏移至两个对立边，因此输出膜片附近的波导中的磁场的切向法线与输入端口处的切向法线同相，即此时TE₁₀模式可以被认为是第二条耦合路径也即旁路耦合(bypass)路径，且其耦合系数为正。

对于图1所示的singlet结构，图2(a)为图1(a)所对应的singlet结构产生的频率响应曲线，可见图2(a)所示的结构在带内产生了一个传输极点且在低于中心频率的低频端产生了一个传输零点。图2(b)为图1(b)所对应的singlet结构产生的频率响应曲线，可见图2(b)所示的结构在带内产生了一个传输极点且在大于中心频率的高频端产生了一个传输零点。