双脊加载E面插片波导滤波器及其广义散射矩阵计算方法技术

本发明专利技术公开了一种双脊加载E面插片波导滤波器及广义散射矩阵的计算方法，滤波器包括矩形波导、E面插片和脊片，E面插片位于矩形波导内部形成E面波导滤波器，脊片等间距且上下对称的排列在E面插片之间。计算广义散射矩阵首先分别求出E面插片单元广义散射矩阵SE和矩形波导‑双脊波导单元广义散射矩阵SJ；然后根据S参数网络级联求出加载双脊的E面插片单元广义散射矩阵S，得到归一化S矩阵，也就得到了滤波器的频率响应特性。本发明专利技术具有带外衰减快、尺寸小的特点，能够满足现代毫米波通信系统对波导器件小型化和高隔离的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种E面波导滤波器结构，具体涉及一种基于模式匹配法的双脊加载E面插片波导滤波器及其S参数的确定方法，属于微波无源器件

技术介绍
E面金属插片波导滤波器自1974年由Konishi提出以来，经过长期发展，已成为一种广泛使用的滤波器形式。其突出的优点是高Q值、结构简单、体积小、损耗低、易于批量生产。国内外很多学者利用高精度的模式匹配法对E面波导滤波器进行了研究，并且开发出相关的CAD软件。在实际应用中，传统E面插片波导滤波器带外衰减慢，需要增加阶数才能达到所需要的带外抑制度，这样一来尺寸就增大很多，限制了E面滤波器在很多场合的应用，尤其不利于毫米波通信系统的小型化设计。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种双脊加载E面插片波导滤波器及其广义散射矩阵计算方法，双脊加载E面波导滤波器具有带外衰减快、尺寸小的特点，能够满足现代毫米波通信系统对波导器件小型化和高隔离的需求。一种双脊加载E面插片波导滤波器，包括矩形波导、E面插片和脊片，所述E面插片位于矩形波导内部形成E面波导滤波器，所述脊片等间距且上下对称的排列在E面插片之间。一种双脊加载E面插片波导滤波器广义散射矩阵的计算方法，其计算步骤如下：第一步：求出E面插片单元广义散射矩阵SE；第二步：求出矩形波导-双脊波导单元广义散射矩阵SJ；第三步：根据S参数网络级联求出加载双脊的E面插片单元广义散射矩阵S，得到归一化S矩阵，也就得到了滤波器的频率响应特性。进一步地，所述第二步中，首先采用模式匹配法计算脊波导截止波数kc，然后根据截止波数kc求解双脊波导单元广义散射矩阵。有益效果：(1)本专利技术在E面波导滤波器的半波长谐振器中加入等间距排列的双脊波导，形成了新的波导谐振器，提高了带外陡峭度，改善了滤波器性能。(2)本专利技术在E面波导滤波器的半波长谐振器中加入等间距排列的双脊波导，从结构上缩小了滤波器的体积，实现设备的小型化设计。(3)本专利技术利用模式匹配法对加载双脊的滤波器S参数进行综合，得到归一化的广义散射矩阵。附图说明图1为本专利技术双脊加载E面插片波导滤波器的结构示意图；图2为本专利技术加载双脊的E面插片滤波器单元结构示意图；图3为本专利技术E面插片单元模型示意图；图4为本专利技术矩形波导-双脊波导单元模型示意图。其中，1-矩形波导、2-E面插片、3-脊片。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。如附图1所示，本专利技术提供了一种双脊加载E面插片波导滤波器，该滤波器包括矩形波导1、E面插片2和脊片3，在该滤波器上建立xyz坐标系，E面插片2位于矩形波导内部形成E面波导滤波器，E面插片2沿坐标系中的z向分布，多个脊片3等间距的排列在E面插片2之间，脊片3同样也沿坐标系中的z 向分布且在y向上下对称。本专利技术还提供了一种双脊加载E面插片波导滤波器广义散射矩阵的计算方法，如附图2所示，利用结构的对称性，将加载双脊的E面插片滤波器单元结构分为两个单元，即E面插片模型和矩形波导-双脊波导模型，第一步：求出E面插片单元广义散射矩阵SE；如附图3所示，对于E面插片单元，由于y方向上是连续的，不连续性在x方向，所以受TE10模激励时，在不连续处只会激励TEm0模式；区域I、II、III的电场分量是：HX分量可由(1)式分别乘以波导纳得到在不连续处满足边界条件：运用三角函数的正交性，经过矩阵运算，可得E面插片单元广义散射矩阵SE为其中第二步：矩形波导-双脊波导单元广义散射矩阵SJ；采用模式匹配法计算脊波导截止波数kc，附图4中对双脊波导的TE模，应用的等效磁壁，区域I、II的电矢量位的z分量为其中在x＝a1处，Ey、Hz连续，即将式(5)代入式(6)，然后在区间y∈(b1,b1+s)上对y积分，进行傅里叶变换，最后将方程截断，化简，可得到关于截止波数kc的特征方程其中E是单位矩阵，对双脊波导的TM模，可用类似的方法求得特征方程为其中求解特征方程，即可求出kc。根据前面求出的I区和II区的TE模和TM模的电、磁矢量位，横向电磁场表达式为对于矩形波导-双脊波导单元，根据在x＝a1的分界面上，I区和II区(II区分为IIa和IIb)的电场和磁场的切向分量分别相等，可求出不连续面上的矩形波导-双脊波导单元广义散射矩阵SJ：其中U为单位矩阵，M为耦合系数矩阵，矩阵元素耦合系数分别为Nhe＝0 (11b)第三步：应用S参数网络级联技术，将双脊波导单元广义散射矩阵SJ，E面插片单元矩阵SE带入，求得单个双脊加载E面插片波导单元的的广义散射矩阵S：S＝[SE][SJ]综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
双脊加载E面插片波导滤波器，包括矩形波导和E面插片，所述E面插片位于矩形波导内部形成E面波导滤波器，其特征在于还包括脊片，所述脊片等间距且上下对称的排列在E面插片之间。

【技术特征摘要】
1.双脊加载E面插片波导滤波器，包括矩形波导和E面插片，所述E面插片位于矩形波导内部形成E面波导滤波器，其特征在于还包括脊片，所述脊片等间距且上下对称的排列在E面插片之间。2.一种如权利要求1所述双脊加载E面插片波导滤波器广义散射矩阵的计算方法，其特征在于，计算步骤如下：第一步：求出E面插片单元广义散射矩阵SE；第二步：求出矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳，黄蔚，宋晓科，阎毓杰，王楠，耿伟智，刘德丽，杨云涛，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42