專利名稱:H的制作方法
本發(fā)明屬微波多路通信系統(tǒng)內(nèi)天饋線多頻段共用技術(shù)中H011多模圓波導(dǎo)高次波型濾除研究領(lǐng)域內(nèi)一項科研成果。
在微波通信多頻段復(fù)用H011圓波導(dǎo)系統(tǒng)中，由于高次波型所產(chǎn)生的串雜聲，嚴(yán)重影響信息傳輸質(zhì)量。其中最有影響的高次波型有E001，E011和H021。而前兩個波型由于已研制出相應(yīng)的波型濾波器，因此該兩波型所產(chǎn)生的干擾噪聲對通信質(zhì)量的影響已得到解決。至今，唯有H021波所產(chǎn)生的干擾噪聲及該波型的濾除問題長期有待研究克服。據(jù)知，現(xiàn)有的一種波型濾波器(參考山前、森下，6，7GHZ帶TE011，TE021吸收型濾波器，電氣四學(xué)會連合大會講演論文集，昭和42年，№1469〔日本〕)當(dāng)其應(yīng)用來濾除圓波導(dǎo)內(nèi)的高次波型H021時，其傳輸主波H011的能量亦同時被濾除衰耗，因此該器件不能達到單獨濾除高次被H021及其所產(chǎn)生的干擾噪聲影響。且由于該種濾波器對傳輸?shù)墓ぷ髦鞑ㄒ氲乃ズ暮艽?，因此該種濾波器只能適于某種特定條件下(如不考慮對傳輸主波H011衰耗的影響)才可應(yīng)用，而不能適用于一般的H011圓波導(dǎo)傳輸系統(tǒng)。
本項技術(shù)發(fā)明的目的旨在研究成功一種能工作在H011圓波導(dǎo)系統(tǒng)中且對主波傳輸性能影響極小的H021波型濾波器來消除H021波在微波中繼多頻段復(fù)用天饋線系統(tǒng)中所產(chǎn)生的干擾噪聲，從而使多頻段共用微波系統(tǒng)的通信質(zhì)量進一步得到改善。本發(fā)明的雙孔對稱耦合圓環(huán)空腔電路還可應(yīng)用于采用H021模跟蹤的衛(wèi)星通信地面站H021模耦合跟蹤電路，從而使現(xiàn)有的H021模跟蹤電路得到進一步改進簡化。
本發(fā)明的詳細理論已發(fā)表在《電子學(xué)報》一九八0年第四期，現(xiàn)將本發(fā)明專利的技術(shù)核心部分，即波型濾波器的圓環(huán)空腔的設(shè)計和腔體尺寸數(shù)據(jù)以及消除波型耦合特性的有效措施(含E001衰耗器的機械、電氣性能數(shù)據(jù)及具體裝置機構(gòu))詳述如下。
一、圓環(huán)空腔設(shè)計本發(fā)明專利在H011多模園波導(dǎo)系統(tǒng)中提出了一種對稱雙孔耦合園環(huán)波導(dǎo)空腔電路構(gòu)成的波型濾波器，用來濾除H021、E001或據(jù)有同向周向磁場分量的其它高次波型，圓環(huán)空腔及所組成的波型濾波器的工作原理、對被濾除波型H021、E001的衰耗以及對傳輸主波H011的反射理論分析均在文獻〔1〕給出了詳細論述?，F(xiàn)就本發(fā)明專利的技術(shù)核心問題-圓環(huán)空腔的設(shè)計及其結(jié)構(gòu)尺寸的具體數(shù)據(jù)給出如下圓形空腔的截面為一矩形，波導(dǎo)寬窄邊的尺寸為a，b。環(huán)形空腔平均彎曲半徑為RH，a，b和RH的選定主要根據(jù)在設(shè)計工作頻帶內(nèi)濾波器能夠?qū)Ρ粸V除波型能量進行有效的耦合吸收，而且對主體圓波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)闹鞑℉011絕對避免在空腔內(nèi)引起諧振現(xiàn)象。因腔體若發(fā)生主波諧振將引起主波傳輸阻抗及衰耗特性的嚴(yán)重急劇惡化，從而破壞了濾波器的正常工作。在設(shè)計空腔具體尺寸時，又因圓環(huán)空腔的內(nèi)圓半徑r直接與濾波器主體圓波導(dǎo)的半徑大小密切相關(guān)，因此該器件的空腔設(shè)計又必須與主體圓波導(dǎo)的尺寸選定緊密的結(jié)合起來，綜合、周密地進行考慮和確定。
圖1，為圓環(huán)空腔結(jié)構(gòu)圖，空腔波導(dǎo)截面為矩形。腔體可看成一H面彎曲的矩形波導(dǎo)構(gòu)成。在環(huán)形空腔內(nèi)經(jīng)r上，下處開有一對長形耦合孔在腔體外經(jīng)R垂直于兩耦合孔的水平方向具有兩個短矩形吸收負荷，其波導(dǎo)截面尺寸長邊為a′，窄邊為b、RH為圓環(huán)腔平均半徑，L為圓環(huán)腔體的平均周長。在工作頻帶內(nèi)，為了避免主波H011的耦合能量在圓環(huán)腔內(nèi)產(chǎn)生諧振，腔體周長L必須滿足以下條件L＝nλg。(n＝1，2，3，…)(1)式(1)中λg為圓環(huán)空腔體內(nèi)實際的波導(dǎo)波長，n為等于或大于1的正整數(shù)。
空腔內(nèi)實際的波導(dǎo)波長，首先可根據(jù)L.Lewin(2)給出的具有H-面彎曲矩形波導(dǎo)內(nèi)的波導(dǎo)波長公式進行計算，即 從式(2)可得到具有均勻H一面彎曲半徑RH的矩形波導(dǎo)波長的理論近似值λgH。
然后，考慮到實際空腔的側(cè)壁具有兩個吸收負荷間耦合開口的影響，對理論計算出的波導(dǎo)波長λgH值加以修正，即可得到真實空腔內(nèi)的波導(dǎo)波長λg。因此，實際的波導(dǎo)波長可由下式給出。
λg＝kλgH…(3)式(3)中K為一修正因子，它與具體空腔側(cè)壁與吸收負荷耦合開口的大小有關(guān)，通常由實驗來確定。通過大量實驗驗證，本專利式(3)中的K值為0.9709。
本專利圓環(huán)空腔的結(jié)構(gòu)及腔體內(nèi)壁全部具體尺寸給出如下空腔內(nèi)經(jīng)r29.5mm，空腔矩形波導(dǎo)寬邊a30.5mm，空腔外經(jīng)R60mm，空腔矩形波導(dǎo)窄邊b6mm，空腔平均半經(jīng)RH44.75mm，空腔平均周長L281.7mm。
根據(jù)上述給出的尺寸，在工作頻帶(5925～6425)MHZ內(nèi)的兩個邊頻，驗證了空腔能否滿足主波的非諧振條件，其計算結(jié)果如下1、在頻率f＝5925MHZ(自由空間波長λo＝50.63mm)在(30.5×6)mm矩形直波導(dǎo)內(nèi)的波導(dǎo)波長
λg為90.79mm根據(jù)公式(2)所計算的H一面彎曲矩形波導(dǎo)內(nèi)的波導(dǎo)波長λgH＝91.28mm，根據(jù)式(3)所計算的實際波導(dǎo)波長為λg＝88.62mm。因此，根據(jù)式(1)所計算的 (.L)/(λg) ＝3.1729，滿足不諧振條件。
2、在頻率f＝6425MHZ(自由空間波長λo＝46.69mm)同理可得，
λg＝72.56mm，λgH＝73.11mm，λg＝70.98mm;
因此， (L)/(λg) ＝3.9613，滿足不諧振條件。
由于自5925MHZ至6425MHZ， (L)/(λg) 的值為3.1729至3.9613，即n值不取正整數(shù)。故在整個頻帶空腔不可能產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。大量實驗的驗證以及根據(jù)以上所給出的空腔尺寸研究成功的波型濾波器的實測結(jié)果均已證明上述理論計算和所給出的修正系數(shù)的正確性。
二、高次波型耦合特性的抑制措施。
在波型濾波器研究過程中，曾發(fā)現(xiàn)在工作頻帶內(nèi)個別頻率上產(chǎn)生了不希望的波型耦合現(xiàn)象，致使主波H011在該頻率上的反射特性惡化，影響濾波器的正常工作。經(jīng)在濾波器主體園波導(dǎo)軸心加入一E001波衰耗器后，該波型耦合現(xiàn)象立即消逝。
E001波衰耗器(即本專利中裝置在圓波導(dǎo)軸心上的吸收棒)為一根直徑1.5mm長為300mm且經(jīng)過精密磨直的石碤玻璃棒，棒表面蒸發(fā)一層電阻率為(150～250)Ω/平方公分的鎳鉻合金吸收層。在靠近吸收棒兩端裝有專門車的聚四氟乙烯(或聚苯乙烯)套管，然后用結(jié)在套管上的四根直徑約0.2mm的尼龍線和專用的定位模具將該棒吊掛固定在圓波導(dǎo)軸心線上。四根吊掛線通過圓波導(dǎo)壁予開的小孔拉出，并固定在波導(dǎo)外壁上。
圖2，給出了吸收棒(即E001衰耗器)兩端附近的吊掛裝置結(jié)構(gòu)尺寸。
實驗表明，E001波吸收棒對E001的衰耗約10分貝，而對主波H11的衰耗及反射性能無影響。該吸收棒加入濾波器后，由于E001波與主波H001間所產(chǎn)生的不希望的波型耦合現(xiàn)象得以徹底消除，從而確保了該波型濾波器的正常工作性能并達到了預(yù)期研制的良好技術(shù)指標(biāo)。
應(yīng)用在據(jù)有正交極化的H011園波導(dǎo)系統(tǒng)中的H021波型濾波器，除本發(fā)明外至今在國際上尚未見同類型研究成果報導(dǎo)，因此其優(yōu)點或積極效果無法與現(xiàn)有技術(shù)相較。該項發(fā)明的技術(shù)核心要害，在于所提出的濾波電路，極有效地將據(jù)有正交極化H011波園波導(dǎo)內(nèi)所產(chǎn)生的高次波型H021予以分離并加以衰耗濾除，因此當(dāng)其接入波導(dǎo)系統(tǒng)后對傳輸?shù)闹鞑℉011毫無影響，而且對被濾除的波型H021有良好地抑制作用。故在功能上是此項發(fā)明與日本過去曾發(fā)表的TE011，TE021濾波器(原文電氣四學(xué)會連合大會講演論文集，昭和42年，NO.1469)據(jù)本質(zhì)不同之處。因日本這種濾波器在技術(shù)上不能解決被濾除波型H021與主波H011有效地分離并加以單獨地濾除。
此外，由于該種濾波器空腔耦合電路的結(jié)構(gòu)特點，它對波導(dǎo)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的E001波亦據(jù)有一定的衰耗濾除作用。如將該種濾波器略作改進，即將置于軸心上的吸收棒改換成四根吸收棒且適當(dāng)?shù)匮b置于濾波器圓波導(dǎo)內(nèi)(參考營原，奈良，山田·改良形モ-トスルタの特性，昭和42年度電子通信學(xué)會全國大會講演論文集，論文番號508)，該種濾波器將有可能對園波導(dǎo)內(nèi)所激發(fā)的E01、E011和H021三種高次波型同時據(jù)有濾除作用。
發(fā)明者根據(jù)該種濾波器的理論和工作原理，提出了一種雙孔對稱耦合的園環(huán)空腔微波電路，然后將單獨空腔電路級聯(lián)后在6GHZ微波頻段成功地研制出一種多腔H021波型濾波器。通過大量實驗和測試表明，該種濾波器在據(jù)有正交極化H011圓波導(dǎo)系統(tǒng)中，對H021波具有良好地濾除效果，而對主波H011的傳輸影響極小，根據(jù)專利所給出的資料，且可研制具有各種不同衰耗吸收量的濾波器，以提供實際微波系統(tǒng)應(yīng)用的需要。
圖3、為該項專利發(fā)明H021波型濾波器實物照片;
圖4、為所研制的6GHZ、H021波型濾波器結(jié)構(gòu)圖。
圖中，1圓環(huán)空腔，2耦合孔，3吸收棒，4吸收負荷，5圓波導(dǎo)。
參考文獻1、鮑玉書，H011圓波導(dǎo)中H021波型濾除的研究，《電子學(xué)報》，1980年，第4期，第(60～67)頁2、L.Lewin，Theroy of Waveguide，Newnes-Butterworths，London，1975，Chapter 4，P.96.
權(quán)利要求
1.在
圓波導(dǎo)中，為了單純?yōu)V除高次波型
，濾波器的結(jié)構(gòu)是采用一橫截面為矩形H面彎曲波導(dǎo)構(gòu)成一圓環(huán)空腔，且通過內(nèi)環(huán)窄邊相對180°對稱位置上開有兩個窄長孔與濾波器主體圓波導(dǎo)相耦合；并在空腔圓環(huán)外側(cè)窄邊與對稱耦合雙孔成90°的對稱位置據(jù)有兩個吸收負荷。a、園波導(dǎo)內(nèi)主波
的能量通過對稱雙孔耦合至圓環(huán)空腔內(nèi)的能量在負荷軸上相位相反，因此不被負荷吸收。b、圓波導(dǎo)內(nèi)的
波通過對稱雙孔耦合至圓環(huán)空腔內(nèi)的能量在兩負荷軸上相位相同。故被空腔負荷吸收。c、根據(jù)權(quán)利要求
1，濾波器的主要尺寸為圓波導(dǎo)直徑為54毫米；空腔內(nèi)徑為29.5毫米；空腔矩形波導(dǎo)寬邊為30.5毫米，窄邊為6毫米；空腔外徑為60毫米；空腔平均半徑為44.75毫米；空腔平均周長為281.7毫米；窄長耦合孔為(26×2.5)毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的技術(shù)結(jié)構(gòu)特征和原理，為了對高次波型H021的衰耗足夠大，故濾波器采用了多腔級聯(lián)的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1、2，為了在所研制的工作頻帶抑制不希望的波型耦合現(xiàn)象。在圓波導(dǎo)軸心裝置一吸收棒。該棒為一直徑1.5毫米長約300毫米石英玻璃棒，表面蒸散電阻率為(150～250)歐姆/平方公分的鎳鉻合金。
專利摘要
本項發(fā)明屬微波領(lǐng)域內(nèi)多模圓波導(dǎo)系統(tǒng)中波型濾波技術(shù)。在微波中繼多頻段共用天饋線系統(tǒng)中，由于各種不均勻性所激發(fā)的高次波型H本項發(fā)明提出并成功地研制出一種性能良好的H
文檔編號H01P1/16GK86101999SQ86101999
公開日1987年10月28日 申請日期1986年3月28日
發(fā)明者鮑玉書 申請人:鮑玉書導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan