[發明專利]一種基于帶隙閉環的微波選頻器件

有效

• 申請號: 202110107314.1
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112952313B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 趙林;朱婷婷;王寧;謝慧;張志剛;吳華寧;馮慧婷
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 張英

本發明公開了一種基于帶隙閉環的微波選頻器件，其包括閉環狀帶隙結構、輸入波導和輸出波導，閉環狀帶隙結構為由內環金屬薄片、外環金屬薄片、上方金屬薄片和下方金屬薄片首尾相連包圍形成的閉環柱狀結構，閉環狀帶隙結構的內環橫截面積與外環橫截面積之比大于90％，閉環狀帶隙結構側邊分別設置有輸入端口和輸出端口，輸入端口與輸入波導的端口連接，輸出端口與輸出波導的端口連接，相比目前的微波選頻技術，該波導濾波選頻器件具有選頻靈敏準確，透射率調節方便靈活，結構簡單不易損壞，拆裝靈活，傳輸穩定損耗小、承受功率大等優點。

技術領域

本發明屬于微波領域，具體涉及一種基于帶隙閉環的微波選頻器件。

背景技術

微波選頻器件研發是微波工程領域一個重要的方向。微波選頻器件在各種微波射頻設備中均有著廣泛的應用。目前的微波選頻器件主要采用兩種技術途徑實現，即采用LC元件的選頻電路多級串聯來實現，或者采用微帶濾波選頻來實現。

然而，對于LC元件的選頻電路多級串聯這種實現方式來說，濾波精度要求越高，需要串聯的LC選頻電路就越多，造成此類高精度濾波器件成本居高不下，結構復雜，LC元件容易損壞，承受的功率也小，不適用于大功率微波射頻設備，且使用額頻率也比較低，不適用于高頻濾波。進一步的，采用微帶濾波選頻，這種方式頻率響應慢，傳輸損耗大，濾波選頻曲線較平滑，選頻靈敏度差，承受的功率也比較小。同時，通過波導金屬盒中介質填充，僅在波導盒截止頻點實現整個結構的與傳輸線阻抗匹配，令處于波導盒截止頻點的電磁波順利通過而令其他頻點電磁波被阻止，從而實現選頻特性，該方法可以實現大功率的選頻和分頻，但對于波導盒中填充介質的電磁參數選擇很嚴格，制備起來比較困難，影響了工程的實際應用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于帶隙閉環的微波選頻器件，旨在解決微波選頻器件在實現高頻濾波的同時可以進行靈活調整的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于帶隙閉環的微波選頻器件，微波選頻器件包括閉環狀帶隙結構、輸入波導和輸出波導，閉環狀帶隙結構為由內環金屬薄片、外環金屬薄片、上方金屬薄片和下方金屬薄片首尾相連包圍形成的閉環柱狀結構，閉環狀帶隙結構的內環橫截面積與外環橫截面積之比大于90％，閉環狀帶隙結構側邊分別設置有輸入端口和輸出端口，輸入端口與輸入波導的端口連接，輸出端口與輸出波導的端口連接。

作為本發明的進一步改進，通過改變閉環狀帶隙結構的高度來調整微波選頻器件的截止頻率。

作為本發明的進一步改進，微波選頻器件的輸入阻抗Z₁具體為：

Z₁＝Z₀a_o/a₁-jωμ₀(1-S₁/S)S/a₁

其中，Z₀為輸入波導的特性阻抗(為實現阻抗匹配，輸入波導的特性阻抗和輸出波導的特性阻抗相同)，a_o為輸入端口的寬度，a₁為輸出端口的寬度，S₁為閉環狀帶隙結構的內環橫截面積，S為閉環狀帶隙結構的外環橫截面積，ω為通過該微波選頻器件的微波頻率，μ₀為閉環狀帶隙結構的閉環內部填充介質的磁導率。

作為本發明的進一步改進，微波選頻器件的等效磁導率_μeff具體為：

其中，S₁為閉環狀帶隙結構的內環橫截面積，S為閉環狀帶隙結構的外環橫截面積。

作為本發明的進一步改進，閉環狀帶隙結構的閉環內部填充介質為空氣。

作為本發明的進一步改進，通過改變閉環狀帶隙結構的閉環內部填充介質來調整微波選頻器件的截止頻率。