【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波功率器件，尤其涉及一种同时具有波导滤波功能和波导同轴转换功能的一体化设计的波导同轴滤波器及其设计方法和含有所述波导同轴滤波器的低温接收机。
技术介绍
1、微波滤波器器件是通信链路中重要的器件，其性能的优劣可直接影响通信传输的性能。射电低温接收机用于接收太空中微弱的电磁波信号并进行低噪声放大，商用放大器一般无法完美匹配所研制的接收机的接收频率，一般略大于接收机接收频率范围。为了应对不需要的频谱信号被放大导致的对有用信号的干扰，微波滤波器在通信系统中得到了广泛应用。
2、按传输线类型分类，微波滤波器分为同轴传输线、微带线、金属波导、基片集成等形式，微带线与基片集成都依托于介质基片，金属波导依托于固定尺寸的空心金属管。波导传输线具有低插入损耗、高稳定性等优势，在高频系统中具有广泛应用。针对低频段的信号传输，通常采用同轴传输线。
3、波导滤波器，顾名思义是通过波导传输线的形式实现滤波功能，波导传输线为金属空心管结构，相比于微带传输线、同轴传输线，有着更为优异的环境适应性与结构稳固性，同时波导传输线对于电磁波信号的传输有着更为优异的传输性能。
4、波导滤波器一般有以下两种实现方式：
5、(1)利用波导传输线本身的截止特性实现滤波功能，如图1所示。这是最简单的可实现滤波功能的方式，波导的截止特性是指波导在特定频率以上可以有效地传输电磁波，而在低于这个特定频率时，电磁波则无法有效地在波导内传播。这个特定的频率被称为截止频率。当电磁波的频率低于截止频率时，波导表现出强烈的衰减特性
6、(2)通过加载谐振膜片引入传输零点来实现截止特性，如图2所示。在波导管中引入不连续性，比如金属柱、膜片，实现传输零点，从而实现截止特性。
7、上述两种实现方式中，第二种实现方式相比于第一种实现方式可实现更加优异的带外抑制以及更小的结构尺寸，但插入损耗比第一种实现方式高。
8、在x波段低温接收机系统的实际应用中，前端无源器件一般采用传输损耗低的波导传输线用于信号的传输。电磁波信号在传输至低温低噪声放大器时需要滤除7.2ghz之前的信号，低温低噪声放大器采用的传输线方式为同轴传输线，因此需要在矩形波导传输线(te10模式)与同轴传输线(tem模式)之间采用独立的波导同轴转换器进行连接，实现模式转换以及阻抗匹配，从而将信号传输至后级系统中。
9、波导同轴转换器有两种实现方式：
10、(1)end-launch结构，即波导输入口与同轴输出端口在同一方向上。end-launch结构有利于系统的互联，通过将同轴探针从矩形波导后壁馈入，产生激励，再通过在波导腔中加载多节阶梯阻抗调节波导阻抗值，消除带内不良反射，实现波导传输线与同轴传输线的匹配，获得优异的信号传输性能。
11、图3为一种非接触式馈电end-launch结构的波导同轴转换器，波导输入口1与同轴输出端口2在同一方向上，且同轴输出端口2与波导腔中的多节阶梯阻抗3不接触，如图3中a处所示。这种馈电形式可实现较宽的工作带宽，且插入损耗较小，但该种结构要求较高的加工精度。
12、图4给出了一种接触式馈电end-launch结构的波导同轴转换器，波导输入口1与同轴输出端口2在同一方向上，且同轴输出端口2与波导腔中的多节阶梯阻抗3接触，如图4中b处所示。该种形式的馈电方式采用可带来3：1的带宽，同时由于接触式的方式使得结构相对稳定，但插入损耗较大。
13、(2)90°angle结构，即波导输入口与同轴输出端口呈90°交叉结构。这种形式的波导同轴转换器结构紧凑，插入损耗较小，但输入与输出端口不在同一方向上，不利于系统级联以及系统结构的稳固。
14、图5给出了一种90°angle结构的波导同轴转换器，将同轴探针4插入矩形波导的宽壁中，同轴传输线外导体5与矩形波导宽壁连在一起，波导输入口1与同轴探针4呈90°。插入波导内部的同轴探针4可形成一个辐射天线，在波导中激励出te10模式的电磁波，通过调节同轴探针4的位置与插入的深度，便可实现波导传输线与同轴传输线的转换。
15、目前的低温接收机系统中，均采用的是波导滤波器和波导同轴转换器两个分立元器件，实现信号的滤波与传输线的转换功能，两个器件通过法兰上的螺钉孔位进行连接。这种方式存在如下问题：
16、(1)插入损耗大。两个器件性能只能单独设计，最终插入损耗为两个器件的插入损耗叠加。此外，两个器件连接面的不平度，以及连接时的偏差，都会带来额外的插入损耗，影响系统的性能。
17、(2)体积大。分立的器件连接体积较大，占据了有限的系统空间和重量，而且也不利于系统内部力学整体设计。
技术实现思路
1、本申请实施例通过提供一种波导同轴滤波器，将波导滤波结构和波导同轴转换结构一体化设计，解决了现有技术中采用波导滤波器和波导同轴转换器两个分立元器件级联所导致的插入损耗大、体积大的问题。
2、为了解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例提供了一种波导同轴滤波器，包括：
3、波导输入端口，用于输入电磁波信号；
4、波导滤波结构，用于通过波导传输线的形式传输所述电磁波信号，并对所述电磁波信号中设定频率的频谱信号进行过滤；
5、波导同轴转换结构，设于所述波导滤波结构的输出口面腔体内，用于实现波导传输线与同轴传输线的模式转换与阻抗匹配，进而将所述波导滤波结构输出的波导传输线模式信号转换为同轴传输线模式信号；
6、同轴输出端口，用于与同轴传输线连接，以输出所述同轴传输线模式信号。
7、优选地，所述波导输入口、波导滤波结构和波导同轴转换结构采用一体化成形的全金属管。
8、优选地，所述波导滤波结构包括：
9、第一波导过渡段和第二波导过渡段，用于实现滤波作用；
10、波导传输段，用于实现带外信号的抑制；
11、输出口面腔体，用于作为滤波后信号的输出口面，同时也作为实现波导同轴转换的波导腔体；
12、所述第一波导过渡段、波导传输段、第二波导过渡段和输出口面腔体依次连通，一体化成形。
13、更优选地，所述波导传输段为弯波导结构。
14、优选地，所述波导同轴转换结构包括t型阻抗匹配柱，所述t型阻抗匹配柱设于所述输出口面腔体的底面宽壁上，所述同轴输出端口设于所述输出口面腔体的输出端面上；
15、所述同轴输出端口的高度大于所述t型阻抗匹配柱的高度，以便于满足：同轴传输线的同轴探针插入所述同轴输出端口后，同轴探针悬置于所述t型阻抗匹配柱上方，同轴探针与所述t型阻抗匹配柱不接触。
16、进一步地，所述t型阻抗匹配柱包括第一柱体和第二柱体，第一柱体和第二柱体均为矩形柱体，且第一柱体的长度和宽度均小于第二柱体，第一柱体的宽边与第二柱体的宽边中部连接且一体成型。
17、进一步地，所述同轴探针与所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种波导同轴滤波器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述波导输入端口、波导滤波结构和波导同轴转换结构采用一体化成形的全金属管。
3.如权利要求1所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述波导滤波结构包括：
4.如权利要求3所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述波导传输段为弯波导结构。
5.如权利要求4所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述波导同轴转换结构包括T型阻抗匹配柱，所述T型阻抗匹配柱设于所述输出口面腔体的底面宽壁上，所述同轴输出端口设于所述输出口面腔体的输出端面上；
6.如权利要求5所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述T型阻抗匹配柱包括第一柱体和第二柱体，第一柱体和第二柱体均为矩形柱体，且第一柱体的长度和宽度均小于第二柱体，第一柱体的宽边与第二柱体的宽边中部连接且一体成型。
7.如权利要求5所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述同轴探针与所述T型阻抗匹配柱中间的空隙呈容性，所述同轴探针、T型阻抗匹配柱与输出口面腔体的底面宽壁形成一个磁耦合环，通过磁耦合的方式将信
8.如权利要求6所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述第一波导过渡段和第二波导过渡段呈中心对称结构；和/或
9.一种如权利要求5～8任一项所述的波导同轴滤波器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.一种低温接收机，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种波导同轴滤波器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述波导输入端口、波导滤波结构和波导同轴转换结构采用一体化成形的全金属管。
3.如权利要求1所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述波导滤波结构包括：
4.如权利要求3所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述波导传输段为弯波导结构。
5.如权利要求4所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述波导同轴转换结构包括t型阻抗匹配柱，所述t型阻抗匹配柱设于所述输出口面腔体的底面宽壁上，所述同轴输出端口设于所述输出口面腔体的输出端面上；
6.如权利要求5所述的波导同轴滤波器，其特征在于，所述t型阻抗匹配柱包括第一柱体...
【专利技术属性】
技术研发人员：马佳，仲伟业，张会，张超，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：
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