專利名稱：具有十字架結(jié)構(gòu)的濾波器的制作方法
具有十字架結(jié)構(gòu)的濾波器
本發(fā)明涉及一種微波波導(dǎo)，涉及其制造方法并涉及它在微波濾波 器，特別是高功率微波濾波器中的應(yīng)用。本發(fā)明更具體地適用于包含 長(zhǎng)度可調(diào)的短路傳輸線(本領(lǐng)域稱為短截線，并用于產(chǎn)生阻抗)的濾 波器。
本發(fā)明也涉及一種采用特別適用于空間領(lǐng)域的微波濾波器的微波 發(fā)送/接收站。
背景技術(shù)：
在某些應(yīng)用領(lǐng)域，需要功率很高的微波濾波器。例如在空間領(lǐng)域， 發(fā)射功率必須特別高，且所使用的濾波器必須在高功率水平下工作， 從而提供最大發(fā)射功率。例如在利用人造衛(wèi)星的直接傳送系統(tǒng)中就是 這種情況。即人造衛(wèi)星必須能夠以最大的功率發(fā)射。然而，本發(fā)明可 應(yīng)用于任何其他需要高功率工作的領(lǐng)域。
當(dāng)在真空中使用波導(dǎo)(用于空間應(yīng)用)且為高工率波導(dǎo)時(shí)，能夠 在該波導(dǎo)的某些區(qū)域中引起電子雪崩，稱為次級(jí)電子倍增效應(yīng)
(multipactor effect)。
所述次級(jí)電子倍增效應(yīng)由使電子飛出波導(dǎo)壁的電磁場(chǎng)的集中導(dǎo) 致。此后電子向著波導(dǎo)對(duì)面的壁加速。接下來這些電子對(duì)之后的壁的 碰撞使得電子從之后的壁上飛出，依此類推。于是就產(chǎn)生了波導(dǎo)的電 子雪崩現(xiàn)象，這降低了波導(dǎo)的電性能并且可以使波導(dǎo)毀壞。
因此這一現(xiàn)象尤其出現(xiàn)在其中波導(dǎo)在沒有空氣分子的真空中工作 的空間領(lǐng)域。
次級(jí)電子倍增功率水平是元件中不發(fā)生次級(jí)電子倍增效應(yīng)時(shí)可用
的最大功率。此閾值功率可在兩個(gè)平行板之間由以下等式計(jì)算出來
P= (1/VMF2) x (Vmulti2/2Z0) 其中 次級(jí)電子倍增閾值電壓(VmuUi)取決于制造波導(dǎo)所用的裝置 的類型，但是此電壓通常與頻率和平板之間的臨界距離的乘積(fxd) 成比例；
VMF (電壓放大因數(shù))是所計(jì)算的點(diǎn)的電壓值與元件的輸入 電壓值之比。VMF隨著在所計(jì)算的點(diǎn)處兩平板間的場(chǎng)的集中而增加； 以及
阻抗(Z。)取決于所用波導(dǎo)的規(guī)格以及工作頻率(通常根據(jù)應(yīng) 用固定)。
為了減小該次級(jí)電子倍增效應(yīng)，可以移動(dòng)波導(dǎo)的壁使其進(jìn)一步分 開從而增大Vmulti，或者減小電場(chǎng)集中從而減小VMF。
這些方法都會(huì)產(chǎn)生問題，假設(shè)如果移動(dòng)波導(dǎo)的壁使其進(jìn)一步分開， 工作頻率范圍就會(huì)降低，器件就很難在工作范圍的所有頻率上與波導(dǎo) 匹配。
為了降低電場(chǎng)在臨界點(diǎn)的集中，必須修改器件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，或者甚 至對(duì)于濾波器，必須改變?yōu)V波器的類型。
本發(fā)明的目的是解決這三個(gè)問題，并提供一種微波波導(dǎo)和微波濾 波器，使得次級(jí)電子倍增功率水平顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明因此涉及一種制造微波波導(dǎo)的方法，包括以下步驟 一確定步驟，確定波導(dǎo)中出現(xiàn)電場(chǎng)集中的一個(gè)或多個(gè)臨界區(qū)域； 以及
一制造步驟，在所確定的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)制造至少一個(gè)波導(dǎo)的 擴(kuò)展。
該方法適用于具有長(zhǎng)度可調(diào)的短路傳輸線(例如短截線)的微波
濾波器的制造。該方法包括
一確定步驟，在短截線中確定出現(xiàn)電場(chǎng)集中的臨界區(qū)域；以及 一制造步驟，在所確定的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域制造短截線的至少一個(gè)擴(kuò)展。
有利地，每個(gè)擴(kuò)展位于距離短截線的短路區(qū)Xg/4處，其中Xg是該 濾波器工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的被引導(dǎo)的波長(zhǎng)。本發(fā)明也涉及一種由所述方法制造的微波濾波器。每個(gè)短截線為 十字架形狀，其中垂直于短截線的軸的水平臂對(duì)應(yīng)于所述擴(kuò)展。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述水平臂具有不同的長(zhǎng)度。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，至少一個(gè)水平臂具有不同尺寸的部分。 最靠近短截線的軸的部分比距離短截線的軸較遠(yuǎn)的一個(gè)或多個(gè)部分更
根據(jù)另一實(shí)施例，至少一個(gè)水平臂具有不同尺寸的部分，最靠近 短截線的軸的部分比距離短截線的軸較遠(yuǎn)的一個(gè)或多個(gè)部分更小。 每個(gè)水平臂的端面也可向短截線的軸傾斜。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，每個(gè)水平臂的端面也可具有彎曲的形狀。
本發(fā)明也適用于使用所述微波濾波器的微波發(fā)送/接收站。該站包
括
一用于水平偏振信號(hào)且包括前述的第一接收濾波器和第一發(fā)送 濾波器的第一雙工器；
—用于垂直偏振信號(hào)且包括前述的第二接收濾波器和第二發(fā)送濾 波器的的第二雙工器；以及
一偏振模式分離器/合成器，具有用于水平偏振信號(hào)的第一端口， 連接到第一雙工器；用于垂直偏振信號(hào)的第二端口，連接到第二雙工 器；和連接到發(fā)送/接收天線的第三端口。


本發(fā)明的各目的和特征將在下面的說明書和附圖中更清楚的呈 現(xiàn)，其中
一圖la呈現(xiàn)了用于解釋本發(fā)明的主題的波導(dǎo)； —圖lb是本發(fā)明所述的波導(dǎo)的示例性實(shí)施例 _圖2是本發(fā)明所述的濾波器的示例性實(shí)施例；
一圖3是包含短截線的微波濾波器，其中該短截線具有承擔(dān)了產(chǎn) 生次級(jí)電子倍增效應(yīng)的危險(xiǎn)的低次級(jí)電子倍增功率水平；
一圖4a和4b是包含本發(fā)明所述的短截線的微波濾波器的示例性實(shí)施例；
一圖5a到5e，是微波濾波器的短截線的各種實(shí)施例； 一圖6a到6c和7a到7c，是本發(fā)明所述的短截線的替代實(shí)施例； 以及
一圖8是將本發(fā)明應(yīng)用到微波發(fā)送/接收器上的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
圖la給出了用于傳播微波的波導(dǎo)gl。已知在波導(dǎo)中可以探測(cè)電磁 能量水平的變化。圖la描述了能量水平的變化。其中出現(xiàn)了能量集中 特別是在波導(dǎo)的區(qū)域zl，如上所述，最大值cl可能是導(dǎo)致次級(jí)電子倍 增效應(yīng)的原因。因此波導(dǎo)的區(qū)域zl可能被毀壞。
因此為了解決這一問題，本發(fā)明提供了一種識(shí)別和定位該可能存 在能量集中的區(qū)域(例如zl)的方法，以及在這些區(qū)域擴(kuò)展該波導(dǎo)的 方法。
因此圖lb給出了根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)的實(shí)例，其中波導(dǎo)的壁gl具 有擴(kuò)展ell。該擴(kuò)展以使區(qū)域zl內(nèi)的能量集中不能引起次級(jí)電子倍增 效應(yīng)的方式制造。
本發(fā)明也適用于制造微波濾波器。
圖2給出了包含耦合的阻抗匹配元件的濾波器的一部分，其中阻 抗匹配元件作為主波導(dǎo)的分支并且以短路終止。這樣的元件在本領(lǐng)域 稱為短截線，并在本說明書的其余部分以此術(shù)語指代。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，濾波器的短截線就位于電磁能量集中的位置。因此為 了避免在短截線中產(chǎn)生次級(jí)電子倍增效應(yīng)，在該能量集中區(qū)域提供了 擴(kuò)展。
在短截線(例如圖2中的stl)中，對(duì)于給定的波長(zhǎng)Xg，最大的能 量集中出現(xiàn)在距離短截線的短路面ccl的Xg/4處。本發(fā)明因此在短截 線的兩個(gè)導(dǎo)壁上距ccl這一距離的位置上提供了擴(kuò)展d2和e13。因此 該短截線具有十字架形狀，其水平臂垂直于短截線stl的軸X并形成 擴(kuò)el2禾Q e13。
現(xiàn)在參考圖3， 4a和4b描述本發(fā)明應(yīng)用于具有短截線的微波濾波 器的實(shí)例。
7圖3給出了具有六個(gè)短截線st2到st7的已知類型的濾波器g3。最 可能導(dǎo)致次級(jí)電子倍增效應(yīng)的能量位于短截線st4和st5上的區(qū)域z3 中。
本發(fā)明可避免所述次級(jí)電子倍增效應(yīng)。為此，如圖4a所示，短截 線st4和st5在區(qū)域z3中具有擴(kuò)展e4和e5。這些擴(kuò)展被放置在如前面 所述的位置上。
然而，在某些情況下，在圖3所示的類型的濾波器中，短截線之間 的距離可能不允許提供這些擴(kuò)展。那么短截線可被分布在濾波器主軸 的任意一邊。因此獲得圖4b所示的結(jié)構(gòu)。此外，該結(jié)構(gòu)在所有短截線 st'2到st'7上提供了擴(kuò)展G到f7。由于最大能量集中在短截線st'4和 st'5中最高，因此這些短截線的擴(kuò)展f4到f5比短截線st'3和st'6的擴(kuò) 展f3和f6更大，且比短截線st'2和st'7的擴(kuò)展G和f7大得多。
擴(kuò)展可能具有不同的形狀。
圖5b到7c給出了這些形狀的各種實(shí)例。
其目的是用于避免在圖5a中給出的短截線sul中產(chǎn)生次級(jí)電子倍 增效，其中如果沒有本發(fā)明所述的擴(kuò)展，該短截線中將產(chǎn)生次級(jí)電子 倍增效應(yīng)。
圖5b和5c給出了具有擴(kuò)展eul和eu2的短截線sul 。擴(kuò)展eu2比 擴(kuò)展eul大，并用于使圖5c的短截線中的初始能量集中比圖5b的短 截線中的初始能量集中更大。
圖5d中的短截線具有包含不同部分的擴(kuò)展。第一擴(kuò)展eu3尺寸較 大，且該擴(kuò)展具有尺寸較小的第二擴(kuò)展eu'3。
圖5e中的擴(kuò)展eu4和eu'4和圖5d中的類型相同，但是尺寸較小， 從而對(duì)于不同的能量水平有效。
在這些短截線中，擴(kuò)展相對(duì)于短截線的軸X是對(duì)稱的。
圖6a給出了具有擴(kuò)展eu5的短截線，該擴(kuò)展eu5本身具有尺寸更 大的擴(kuò)展eu'5。所述擴(kuò)展相對(duì)于短截線的軸X對(duì)稱，且擴(kuò)展eu'5相對(duì) 于擴(kuò)展eu5的軸Y對(duì)稱。
圖6b給出了與圖6a中類型相同的短截線，但是其中擴(kuò)展eu'6不 相對(duì)于擴(kuò)展eu6的軸Y對(duì)稱。
圖6c給出了在短截線的軸X的一側(cè)具有擴(kuò)展e〃7并且在軸X的另一側(cè)具有擴(kuò)展eu7的短截線，其中擴(kuò)展eu7本身具有尺寸更大的擴(kuò)展 eu'7。
因此提供了相對(duì)短截線的軸X不對(duì)稱的擴(kuò)展。
此外，可為擴(kuò)展的距離短截線的軸X最遠(yuǎn)的端提供不平行于軸X 的面。如圖7a和7b中的向軸X傾斜的面fa9和fa10所示。
也可為擴(kuò)展的壁提供彎曲表面，如圖7b所示。
根據(jù)圖7c所示的另一實(shí)施例，擴(kuò)展eull的端面fall可具有彎曲 形狀。
上述各種防止次級(jí)電子倍增效應(yīng)的擴(kuò)展形狀，是通過對(duì)濾波器中 的短截線的應(yīng)用來描述的，但是這些擴(kuò)展形狀也可以應(yīng)用于任何微波
波導(dǎo)
通過提供本發(fā)明所述的短截線，濾波器的功率水平可以大大增加。 此外，本發(fā)明所述的短截線的體積比圖5a所示的沒有擴(kuò)展的短截 線的體積更大。所述體積的增大使得歐姆損耗顯著下降。因此可利用 本發(fā)明來降低波導(dǎo)的歐姆損耗，特別是濾波器中的歐姆損耗。
現(xiàn)在參考圖8描述應(yīng)用到人造衛(wèi)星上裝載的發(fā)送/接收單元的所述 濾波器的實(shí)例。
這樣的單元必須能夠發(fā)送和接收不同能量水平的信號(hào)。所述單元 必須以最大能量水平發(fā)送，且必須接收相對(duì)削弱的信號(hào)。
圖8所示的單元具有單個(gè)的兼用于發(fā)送和接收的公共天線CO。
分別用于水平偏振和垂直偏振的雙工濾波器DXH和DXV，被連 接到偏振模式分離器/合成器OMT的端口 el和e2，其中OMT通過其 端口 e3連接到發(fā)送/接收天線CO。
接收濾波器FiRxH和FiRxV分別具有低工作功率。相反，發(fā)送濾 波器FiTxH和FiTxV必須能夠工作在高功率水平。
發(fā)送濾波器FiTxH和FiTxV根據(jù)本發(fā)明來設(shè)計(jì)，從而允許高工率 水平。因此能夠制造如圖8所示的具有兼用于發(fā)送和接收的單個(gè)天線 CO的單元。
因此本發(fā)明使得在波導(dǎo)(更具體地在濾波器中)能夠獲得 一功率性能的大幅度提高，從而避免次級(jí)電子倍增效應(yīng)； _降低歐姆損耗；一與目前用于制造具有保證低無源互調(diào)產(chǎn)品(PIMP) 1的"短截 線"的濾波器的方法完全兼容的結(jié)構(gòu)；以及
一在人造衛(wèi)星上潛在地節(jié)約一個(gè)天線。能夠?qū)l(fā)送(TX)和接收 (Rx)功能合并到一個(gè)天線中，即便Tx功率水平很高。
10
權(quán)利要求
1、一種用于制造包含短截線(st1到st7，su1)的微波濾波器的制造方法，并包括微波波導(dǎo)的制造，其中包括—確定步驟，確定波導(dǎo)(g1)中出現(xiàn)電場(chǎng)集中的一個(gè)或多個(gè)臨界區(qū)域(z1)；—制造步驟，在所確定的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中制造至少一個(gè)波導(dǎo)擴(kuò)展(el1)，其特征在于包括—確定步驟，在短截線中確定出現(xiàn)電場(chǎng)集中的臨界區(qū)域(z3)；以及—制造步驟，在所確定的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域制造短截線的至少一個(gè)擴(kuò)展(el2，e4，e5，f2到f7，eu1到eu10)；以及其特征在于每個(gè)短截線(st1)具有十字架形狀，其中垂直于該短截線的軸(X)的水平臂對(duì)應(yīng)于所述擴(kuò)展(el2，el3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于每個(gè)擴(kuò)展位 于距離短截線的短路區(qū)(ccl) Xg/4處，Xg是所述濾波器工作波長(zhǎng) 范圍內(nèi)的被引導(dǎo)的波長(zhǎng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波濾波器，其特征在于水平臂具 有不等的長(zhǎng)度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任意一項(xiàng)所述的微波濾波器，其 特征在于至少一個(gè)水平臂具有不同尺寸的部分(eu3， eu'3， eu4， eu'4)，最靠近短截線的軸的部分(eu3， eu4)比距離短截線的軸較 遠(yuǎn)的部分(eu'3， eu'4)更大。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任意一項(xiàng)所述的微波濾波器，其 特征在于至少一個(gè)水平臂具有不同尺寸的部分(eu5， eu'5， eu6， eu'6)，最靠近短截線的軸的部分(eu5， eu6)比距離短截線的軸較遠(yuǎn)的部分(eu'5， eu'6)更小。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波濾波器，其特征在于每個(gè)水平 臂的端面(fa9， fa10)向短截線的軸傾斜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波濾波器，其特征在于每個(gè)水平 臂(eull)的端面(fall)具有彎曲的形狀。
8、 一種應(yīng)用根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任意一項(xiàng)所述的微波濾 波器的微波發(fā)送/接收站，其特征在于包括一用于水平偏振信號(hào)并包含如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的 第一接收濾波器(FiRxH)和第一發(fā)送濾波器(FiTxH)的第一雙 工器(DXH);一用于垂直偏振信號(hào)并包含如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的 第二接收濾波器(FiRxV)和第二發(fā)送濾波器(FiTxV)的第二雙 工器(DXV);以及一偏振模式分離器/合成器，具有用于水平偏振信號(hào)的第一端 口 (el)，連接到第一雙工器(DXH);用于垂直偏振信號(hào)的第二端 口 (e2)，連接到第二雙工器(DXV);和連接到發(fā)送/接收天線(CO) 的第三端口 (e3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造微波波導(dǎo)的方法，包括確定步驟，確定波導(dǎo)(g1)中出現(xiàn)電場(chǎng)集中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域(z1)；以及制造步驟，在所確定的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域制造至少一個(gè)波導(dǎo)擴(kuò)展(el1)。本發(fā)明也涉及一種具有包含所述擴(kuò)展的短截線的微波濾波器。應(yīng)用微波濾波器。
文檔編號(hào)H01P1/209GK101485041SQ200780025167
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者P·薩拉薩 申請(qǐng)人:泰勒斯公司