一种基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器制造技术

本发明专利技术属于太赫兹波导滤波器技术领域，具体提供一种基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器，用以显著改善太赫兹波段下波导滤波器的带外特性。本发明专利技术包括：输入波导、双模谐振腔及输出波导；其中，双模谐振器采用基于TE

【技术实现步骤摘要】
一种基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器


[0001]本专利技术属于太赫兹波导器件领域，涉及波导滤波器，具体提供一种基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器。

技术介绍

[0002]太赫兹波（Terahertz Wave）是指频率在 100GHz至10THz 范围内、波长介于 3~0.03mm 之间的电磁波，在电磁频谱中处于电子学与光子学之间的特殊位置。早在20世纪20年代，科学家们就对太赫兹波产生了巨大的研究兴趣；但是受限于当时的研究手段与技术条件，对太赫兹波的开发主要局限在高分辨率光谱学和太空遥感领域。随着科学技术的不断进步，随着高功率、大带宽太赫兹波源和高灵敏度太赫兹接收技术的不断成熟，太赫兹技术得到了巨大的发展，新兴学科与应用领域不断涌现，使得太赫兹技术与应用成为了国际学术界与工业界的热点研究领域。
[0003]波导结构相较于微带线、带状线等结构，其功率容量更高、插入损耗更小，同时在太赫兹波段尺寸较小，因此在太赫兹频段无源器件中被广泛采用。在太赫兹波段，微带滤波器与SIW滤波器的插入损耗较大，在工程应用中往往使用波导滤波器来实现低插损的目的。传统的波导滤波器为了改善滤波器指标，即实现更好的矩形系数和带外抑制度，通常采用提高滤波器阶数的方式，但是这样的方法往往需要增加谐振腔体的数量，滤波器的尺寸和插入损耗也会随之增大，使得滤波器成本增加。针对这一问题，增加传输零点的方法被提出，在太赫兹频段，波导滤波器中引入传输零点的方式主要有两种：其一是通过交叉耦合的方式引入传输零点，这种结构的滤波器设计复杂，同时传输零点的位置不容易控制，而且在加工的时候往往需要采用H面剖分腔体，这样的剖分方式会使得腔体之间的缝隙与壁电流垂直，从而导致插入损耗恶化；另外，这种结构的滤波器的带外抑制度也有待改善；如公开号为CN105406159A的专利文献中公开的一种TE
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模太赫兹交叉耦合波导滤波器，其上阻带抑制度不足30dB；又如文献“WR
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3 Band Quasi
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Elliptical Waveguide Filters Using Higher Order Mode Resonances”中公开的WR
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3波段高阶模谐振准椭圆波导滤波器，其上阻带抑制度为30dB。其二是通过双模谐振腔产生传输零点，由于双模谐振腔中存在其他谐振模式，会产生寄生通带，进而导致此类滤波器的带外抑制度恶化，尤其是上阻带抑制度；若需改善抑制度，则需要增加单模谐振腔的数量，导致滤波器尺寸增大、插损恶化；或者额外引入另一个传输零点，却又导致滤波器结构变得更加复杂；如公开号为CN106992346A的专利文献以及文献“Analysis of a Novel Singlet and Its Application in THz Bandpass Filter Design”中公开的一种具有双传输零点的毫米波矩形腔体滤波器，其上阻带抑制度为40dB。进一步的，目前太赫兹波导双模谐振腔只能产生一个传输零点，单个传输零点对滤波器带外特性的改善有限，如电子科技大学学者郑中万在文献“高性能太赫兹滤波器研究”中公开的基于TE
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模式与TE
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模式的矩形双模谐振腔，只能在波导工作频段内引入单个零点，其滤波器上阻带抑制度为40dB。因此，如何改善太赫兹波段下波导滤波器的带外特性成为本专利技术的研究重点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器，用以显著改善太赫兹波段下波导滤波器的带外特性。本专利技术首次提出基于TE
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模式与TE
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模式的凹形双模谐振腔，将高频（工作频段以外）的第二个传输零点向低频移动，实现单个凹形双模谐振腔在波导工作频段内产生两个传输零点的目的，在不引入额外结构的前提下能够在滤波器上阻带一定带宽内达到很高的抑制度，极大地提升了对无用信号的抑制效果，同时利用谐振腔内的第二个传输零点还能够有效改善滤波器的矩形系数；并且，本专利技术还能够有效减小滤波器的尺寸和生产成本。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器，包括：输入波导、双模谐振腔及输出波导；其中，输入波导与双模谐振腔之间、双模谐振腔与输出波导之间分别通过耦合腔连接；所述双模谐振腔采用关于E面非对称的双模谐振腔，且双模谐振腔沿近邻E面的侧壁设置有矩形凹槽，矩形凹槽位于侧壁的中心。
[0006]进一步的，双零点太赫兹波导滤波器中，信号从输入波导输入，在双模谐振腔中激励起TE
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模式与TE
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模式。
[0007]进一步的，矩形凹槽的高度小于等于双模谐振腔的高度，矩形凹槽的长度与宽度满足以下条件：0<L2<3L1/4，0<W2<X+W3/2；其中，L1为双模谐振腔的长度，L2为凹槽的长度，W2为凹槽的宽度，W3为耦合腔的宽度，X为矩形凹槽所在侧壁与其近邻耦合腔的侧壁之间的距离。
[0008]从工作原理上讲：对于传统双模矩形谐振腔，其腔内除了谐振频率在频段内的两个模式以外，在更高频率上还存在多个更高次的谐振模式，这些谐振模式之间也会有相互作用，当两个模式的能量一样（近似）而磁场反向时，也会因相互抵消而在某一频率处产生传输零点，但这些传输零点都在波导工作频段以外，无法利用；即传统双模矩形谐振腔除去位于工作频段内的一个传输零点外（如公开号为CN106992346A的专利文献），还可能存在工作频段以外的更高频率上的多个传输零点；因此，本专利技术提出基于TE
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模式与TE
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模式的凹形双模谐振腔，将波导工作频段外的传输零点移到波导工作频段内，以便利用其改善滤波器的特性。
[0009]综上，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器，通过在传统双模谐振腔的基础上引入矩形凹槽，提出了基于TE
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模式与TE
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模式的凹形双模谐振腔；本专利技术采用E面剖分，从而避免了交叉耦合方式中需要对腔体进行H面剖分而导致的插损问题；并且，本专利技术中凹形双模谐振腔将高频（工作频段以外）的第二个传输零点（与更高谐振频率的TE
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模式相关）向低频移动，使其进入波导工作频段内，且能够位于滤波器的上阻带、靠近滤波器的通带，实现单个凹形双模谐振腔产生两个传输零点的目的，在不引入额外结构的前提下能够在滤波器上阻带一定带宽内达到很高的抑制度，极大地提升了对无用信号的抑制效果；同时，利用谐振腔内的第二个传输零点还能够有效改善滤波器的矩形系数。在实际应用场景中，在对矩形系数没有特别高要求时，可以在只使用一个凹形双模谐振腔的情况下达到两个传统双模谐振腔的作用，从而显著减小滤波器的尺寸及设计难度，而多余的
空间可以添加单模谐振腔从而获得更好的带外抑制度；在需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器，包括：输入波导、双模谐振腔及输出波导；其中，输入波导与双模谐振腔之间、双模谐振腔与输出波导之间分别通过耦合腔连接；其特征在于，所述双模谐振腔采用关于E面非对称的双模谐振腔，且双模谐振腔沿近邻E面的侧壁设置有矩形凹槽，矩形凹槽位于侧壁的中心。2.根据权利要求1所述基于凹形谐振腔的双零点太赫兹波导滤波器，其特征在于，双零点太赫兹波导滤波器中，信号从输入波导输入，在双模谐振腔中激励起TE
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【专利技术属性】
技术研发人员：张波，张宇驰，丰益年，牛中乾，王一荟，罗秋艳，刘路杰，管明，戴炳礼，张季聪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：