《公共腔體輸入多工器》是中國航天科技集團公司第五研究院第五〇四研究所於2009年3月25日申請的專利，該專利的申請號為2009100806746，公布號為CN101533940，授權公布日為2009年9月16日，發明人是殷新社、夏亞峰、姜明楠。
《公共腔體輸入多工器》涉及一種公共腔體輸入多工器，用於將寬頻信號按照頻率分成多路窄帶信號，包括公共腔體和至少兩路通道濾波器，公共腔體為輸入寬頻信號的寬頻諧振器且分別與各路通道濾波器耦合。該發明的輸入多工器不使用電纜或波導和環行器連線，通過構建公共腔體和通道濾波器完成多通道一體化設計，減小了體積、質量，並消除了環行器受溫度變化的影響造成的誤差，提高了可靠性，節約成本，又提高了電性能，公共腔體的設計使輸入耦合計算準確，調試方便，並使通道性能一致性好。
2016年12月7日，《公共腔體輸入多工器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《公共腔體輸入多工器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：公共腔體輸入多工器
- 公布號：CN101533940
- 授權日：2009年9月16日
- 申請號：2009100806746
- 申請日：2009年3月25日
- 申請人：中國航天科技集團公司第五研究院第五〇四研究所
- 地址：陝西省西安市165信箱
- 發明人：殷新社、夏亞峰、姜明楠
- Int.Cl.：H01P1/213(2006.01)I；H01P7/06(2006.01)I
- 代理機構：北京海虹嘉誠智慧財產權代理有限公司
- 代理人：張濤
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著科技的進步和市場的擴大，衛星通信事業快速發展，衛星通信領域對航天產品的可靠性有著很高的要求，並對產品的質量和體積的要求十分嚴格。高可靠性、小型化是航天產品的發展趨勢。輸入多工器是必不可少的通信衛星設備，用以實現寬頻信號的通道化。2009年3月前的輸入多工器採用電纜或波導、環行器來連線通道濾波器，具有體積大，質量重，可靠性低、通道間一致性差的缺點。
發明內容
專利目的
《公共腔體輸入多工器》針對2009年3月前技術中存在的缺陷或不足，提供一種公共腔體輸入多工器，所述公共腔體輸入多工器能夠用於將寬頻信號按照頻率分成多路窄帶信號，並且有利於採用多通道一體化設計，減小體積和減輕質量，方便安裝調試等。
技術方案
一種公共腔體輸入多工器，用於將寬頻信號按照頻率分成多路窄帶信號，其特徵在於，包括公共腔體和至少兩路通道濾波器，所述公共腔體為輸入寬頻信號的寬頻諧振器且分別與各路通道濾波器耦合。
所述公共腔體與各通道濾波器的第一諧振器耦合，所述第一諧振器與通道濾波器的輸入連線埠連線。
所述公共腔體通過耦合視窗與各通道濾波器的第一諧振器耦合，所述耦合視窗上設定有耦合螺釘，所述第一諧振器與通道濾波器的輸入連線埠連線。
選擇2～8路通道濾波器。
所述各路通道濾波器的下端面位於同一平面。
選擇四路通道濾波器，所述各路通道濾波器的側面並靠在一起，並靠後的通道濾波器按2*2方陣排列。
所述各路通道濾波器的輸入連線埠位於頂端，各路通道濾波器的第一諧振器並靠在一起。
所述公共腔體包括公共諧振桿，所述公共諧振桿為兩段金屬桿連線而成，公共諧振桿上連線著同軸連線器。
所述各路通道濾波器的諧振器為摺疊式排布，所述諧振器中的諧振腔為五邊形腔體。
所述各路通道濾波器具有-5.0～5.0ppm/℃的頻率隨溫度漂移特性。
所述各路通道濾波器的諧振器為同軸腔體諧振器，所述各路通道濾波器的諧振桿為兩種線膨脹係數不同的材料拼接而成。
所述兩種線膨脹係數不同的材料為低膨脹合金和鋁，所述公共腔體的公共諧振桿採用鋁材料。
所述各路通道濾波器為具有10階設計、4個有限遠傳輸零點提高帶外抑制、4個有限遠傳輸零點用於實現自均衡的通道濾波器。
所述公共腔體寬頻諧振的頻寬覆蓋各通道濾波器的中心頻率。
所述各路通道濾波器為同軸腔體濾波器或介質濾波器或波導濾波器或梳狀濾波器或交指濾波器。
所述各路通道濾波器諧振的中心頻率為300兆赫茲～30吉赫茲。
改善效果
一種公共腔體輸入多工器，用於將寬頻信號按照頻率分成多路窄帶信號，包括公共腔體和至少兩路通道濾波器，公共腔體為輸入寬頻信號的寬頻諧振器且分別與各路通道濾波器耦合。《公共腔體輸入多工器》的輸入多工器將公共腔體套用於輸入連線埠，寬頻信號進入公共腔體，由於公共腔體為寬頻諧振器且分別與各路通道濾波器耦合，故寬頻信號又被耦合到各路通道濾波器中，《公共腔體輸入多工器》的輸入多工器把一路寬頻信號按照不同頻率分成多路窄帶信號，不使用電纜或波導和環行器連線，通過構建公共腔體和通道濾波器完成多通道一體化設計，減小了體積、質量，並消除了環行器受溫度變化的影響造成的誤差，提高了可靠性，節約成本，又提高了電性能，公共腔體的設計使輸入耦合計算準確，調試方便，並使通道性能一致性好。
將公共腔體中的寬頻信號耦合到各路通道濾波器，由於各路通道濾波器中均包括多個諧振器，針對每路通道濾波器，公共腔體中的寬頻信號可以同時耦合到一個或多個諧振器中，選取公共腔體與各通道濾波器的第一諧振器耦合，該第一諧振器與通道濾波器的輸入連線埠連線，使得輸入多工器的設計更為方便。公共腔體通過耦合視窗與各路通道濾波器的第一諧振器耦合。這樣，公共腔體能夠更直接地將輸入的寬頻信號耦合到各通道濾波器的諧振器。耦合視窗上設定有耦合螺釘可以精確、快速的調節輸入端耦合。
選擇2～8路通道濾波器，以及設定各路通道濾波器的下端面位於同一平面。當選擇四路通道濾波器時，將各路通道濾波器的側面並靠在一起，並靠後的通道濾波器按2*2方陣排列；優選各路通道濾波器公用同一底面和相鄰兩路通道濾波器公用同一側壁，此時的各路通道濾波器的輸入連線埠位於頂端，各路通道濾波器的第一諧振器並靠在一起，公共腔體與通道濾波器的第一諧振器耦合，這種“背靠背、肩並肩”的結構形式能夠使得各路通道濾波器在結構上緊湊的連線在一起，有效地減少了體積和質量。
公共腔體包括公共諧振桿，所述公共諧振桿為金屬桿連線而成，公共諧振桿上連線著同軸連線器。公共腔體通過公共諧振桿將寬頻輸入信號實現輸入耦合，同軸連線器連線到公共諧振桿上，便於安裝。
各路通道濾波器的諧振器為摺疊式排布，所述諧振器中的諧振腔為五邊形。五邊形諧振腔的設計在結構上可以很好的滿足公共腔體與通道濾波器耦合時主耦合和交叉耦合的耦合量的需求，使得主耦合的耦合量較大，而交叉耦合的耦合量較小，而且可以方便的增加某些在耦合矩陣中沒有的交叉耦合，從而方便調試。
各路通道濾波器可以滿足-5.0～5.0ppm/℃的頻率隨溫度漂移特性。由於通道濾波器是窄帶器件，即使是溫度變化產生的微小的尺寸變化，也會對電性能產生巨大的影響，所以要套用溫度補償技術消除掉因為溫度變化而對通道濾波器的電性能產生的影響。具有溫度補償功能的輸入多工器可以防止輸入多工器隨著溫度變化發生頻率漂移導致性能變差的缺點，並能夠提高通道性能，並使整個信道最優。
各路通道濾波器的諧振器為同軸腔體諧振器，各路通道濾波器的諧振桿為兩種線膨脹係數不同的材料拼接而成，如採用低膨脹合金和鋁，公共腔體的公共諧振桿採用鋁材料。精確的設計各路通道濾波器的諧振桿中的這兩種材料構成的諧振桿的長度可以實現在一定範圍內如-5.0～5.0ppm/℃的溫度補償效果。輸入多工器的公共腔體以及通道濾波器的諧振腔均採用了鋁材料，這樣有效的減小了質量，但由於鋁的線膨脹係數
較大，當溫度變化時，金屬會膨脹，通道濾波器的諧振器（包括諧振腔和諧振桿）的尺寸對諧振頻率有著決定性的影響。材料鋁的線膨脹係數為
，而低膨脹合金為
，諧振器的外導體（即各路通道濾波器的諧振腔）為鋁，諧振器的內導體（即各路通道濾波器的諧振桿）使用這兩種材料拼接而成，精確的計算兩種材料的比例，可以達到零漂移的效果。
各路通道濾波器為具有10階設計、4個有限遠傳輸零點提高帶外抑制、4個有限遠傳輸零點用於實現自均衡的通道濾波器。10階設計使帶外抑制、群時延變化更加優良，改善了整個信道。
附圖說明
圖1為《公共腔體輸入多工器》的一種優選實施例的結構示意圖。
圖2為該發明的一種優選實施例的內部結構示意圖。
圖3a為一種優選的公共諧振桿的示意圖。圖3b為該發明所用緊固件的示意圖。
圖4為該發明一種優選實施例的四路通道濾波器排列的結構示意圖。
圖5為通道濾波器的五邊形諧振腔結構示意圖。
圖6為公共腔體與通道濾波器耦合的仿真結構示意圖。
圖7為溫度對通道濾波器的諧振器尺寸影響圖。
圖8為通道濾波器的單個諧振器仿真結構示意圖。
圖9為公共腔體仿真曲線。
圖10為n階通道濾波器的等效電路圖。
圖11為通道濾波器設計流程圖。
圖12為二連線埠網路示意圖。
技術領域
《公共腔體輸入多工器》涉及一種微波輸入多工器設備，特別是利用寬頻諧振器作為公共腔體的一種公共腔體輸入多工器，所述公共腔體輸入多工器用於將寬頻信號按照頻率分成多路窄帶信號。
權利要求
1、一種公共腔體輸入多工器用於將寬頻信號按照頻率分成多路窄帶信號，其特徵在於，包括公共腔體和至少兩路通道濾波器，所述公共腔體為輸入寬頻信號的寬頻諧振器且分別與各路通道濾波器耦合。
2、根據權利要求1所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述公共腔體與各通道濾波器的第一諧振器耦合，所述第一諧振器與通道濾波器的輸入連線埠連線。
3、根據權利要求1所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述公共腔體通過耦合視窗與各通道濾波器的第一諧振器耦合，所述耦合視窗上設定有耦合螺釘，所述第一諧振器與通道濾波器的輸入連線埠連線。
4、根據權利要求2或3所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，選擇2～8路通道濾波器。
5、根據權利要求4所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述各路通道濾波器的下端面位於同一平面。
6、根據權利要求5所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，選擇四路通道濾波器，所述各路通道濾波器的側面並靠在一起，並靠後的通道濾波器按2*2方陣排列。
7、根據權利要求6所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述各路通道濾波器的輸入連線埠位於頂端，各路通道濾波器的第一諧振器並靠在一起。
8、根據權利要求1所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述公共腔體包括公共諧振桿，所述公共諧振桿為兩段金屬桿連線而成，公共諧振桿上連線著同軸連線器。
9、根據權利要求1所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述各路通道濾波器的諧振器為摺疊式排布，所述諧振器中的諧振腔為五邊形腔體。
10、根據權利要求1所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述各路通道濾波器具有-5.0～5.0ppm/℃的頻率隨溫度漂移特性。
11、根據權利要求10所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述各路通道濾波器的諧振器為同軸腔體諧振器，所述各路通道濾波器的諧振桿為兩種線膨脹係數不同的材料拼接而成。
12、根據權利要求11所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述兩種線膨脹係數不同的材料為低膨脹合金和鋁，所述公共腔體的公共諧振桿採用鋁材料。
13、根據權利要求1所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述各路通道濾波器為具有10階設計、4個有限遠傳輸零點提高帶外抑制、4個有限遠傳輸零點用於實現自均衡的通道濾波器。
14、根據權利要求1所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述公共腔體寬頻諧振的頻寬覆蓋各通道濾波器的中心頻率。
15、根據權利要求1所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述各路通道濾波器為同軸腔體濾波器或介質濾波器或波導濾波器或梳狀濾波器或交指濾波器。
16、根據權利要求15所述的公共腔體輸入多工器，其特徵在於，所述各路通道濾波器的中心頻率為300兆赫茲～30吉赫茲。
實施方式
一種公共腔體輸入多工器，用於將寬頻信號按照頻率分成多路窄帶信號，包括公共腔體和至少兩路通道濾波器，公共腔體為輸入寬頻信號的寬頻諧振器且分別與各路通道濾波器耦合。各路通道濾波器均包括多個諧振器，各諧振器包括諧振腔以及諧振腔內相應諧振桿，可以選取公共腔體與各通道濾波器的第一諧振器耦合，該第一諧振腔器與通道濾波器的輸入連線埠連線，該輸入多工器將公共腔體套用於輸入連線埠，寬頻信號進入公共腔體，寬頻信號又通過各通道濾波器的第一諧振器被耦合到各路通道濾波器中。具有公共腔體結構的輸入多工器可以由2～8路通道濾波器通過公共腔體合成，圖1和圖2分別為《公共腔體輸入多工器》公共腔體輸入多工器的一種優選實施例的結構示意圖以及內部結構示意圖。該實施例選擇為4路通道濾波器通過公共腔體合成的輸入多工器，包括公共腔體10和各路通道濾波器中的多個諧振器11，還包括主腔體1、蓋板2、SMAKFD22接頭3、同軸連線器4、隔離器5、支架6、調諧螺釘7，緊固件8和諧振桿93，並在輸入多工器的外殼塗覆有溫控漆、導電膠、固封膠，並在內表面鍍銀。為精確、快速地調節輸入端耦合，在公共腔體10與各通道濾波器的第一諧振器之間的耦合視窗上設定有耦合螺釘71，各通道濾波器的諧振器之間也設定有耦合螺釘71，立式安裝，節約安裝面積，這在體積所限的通信衛星有效載荷中是寶貴的。其中，隔離器5分為輸入端隔離器和輸出端隔離器；支架6分為主支架61、副支架62和支架墊片63；圖3a為一種優選的公共諧振桿的示意圖，公共腔體10包括公共諧振腔體和公共諧振桿9，公共諧振桿9為公共諧振桿91和公共諧振桿92兩段金屬桿通過螺紋連線而成，公共腔體通過公共諧振桿將寬頻輸入信號實現輸入耦合，公共諧振桿9上連線同軸連線器4，便於安裝。緊固件8分為緊固螺釘81、彈墊82、平墊83、緊固螺母84、緊固螺栓85，如圖3b所示的《公共腔體輸入多工器》所用緊固件的示意圖。
圖4為《公共腔體輸入多工器》一種優選實施例的四路通道濾波器排列的結構示意圖，四路通道濾波器採用了“背靠背、肩並肩”的結構形式，即四路通道濾波器公用同一底面和相鄰兩路通道濾波器公用同一側壁。此時，公共腔體10與各路通道濾波器的第一諧振器耦合，各路通道濾波器的輸入連線埠位於頂端，各路通道濾波器的第一諧振器並靠在一起，如圖6所示的公共腔體與通道濾波器耦合的仿真結構示意圖，公共腔體上設定有寬頻信號的輸入口12。這種“背靠背、肩並肩”的結構形式能夠使得各路通道濾波器在結構上緊湊的連線在一起，有效地減少了體積和質量。電性能方面，公共腔體的設計使輸入耦合計算準確，調試方便；並取代了以前輸入多工器的環行器連線，減小了體積、質量，並消除了環行器受溫度變化的影響。
各路通道濾波器的諧振器排布為常用的摺疊式排布，諧振器中的諧振腔為獨特的五邊形設計，如圖5所示的通道濾波器的五邊形諧振腔結構示意圖，該設計可以方便的實現摺疊式所要求的交叉耦合，五邊形諧振腔的設計在結構上可以很好的滿足公共腔體與通道濾波器耦合時主耦合和交叉耦合的耦合量的需求，使得主耦合的耦合量較大，而交叉耦合的耦合量較小，而且可以方便的增加某些在耦合矩陣中沒有的交叉耦合，可以直接用耦合視窗的方法實現，無需複雜的耦合方式，便於實現，並方便調試。
輸入多工器的公共腔體以及通道濾波器的諧振腔均採用了鋁材料，這樣有效的減小了質量，但由於鋁的線膨脹係數較大，當溫度變化時，金屬會膨脹，通道濾波器的諧振器（包括諧振腔和諧振桿）的尺寸對諧振頻率有著決定性的影響。由於通道濾波器是窄帶器件，即使是溫度變化產生的微小的尺寸變化，也會對電性能產生巨大的影響，所以要套用溫度補償技術消除掉因為溫度變化而對通道濾波器的電性能產生的影響（對於介質諧振器，由於介質具有優良的溫度特性，並不需要溫度補償技術）。各路通道濾波器的諧振器為同軸腔體諧振器，各路通道濾波器的諧振桿為兩種線膨脹係數不同的材料拼接而成，如採用低膨脹合金A和鋁B，公共腔體的公共諧振桿採用鋁材料，如圖7所示的溫度對通道濾波器的諧振器尺寸影響圖。精確的設計各路通道濾波器的諧振桿中的這兩種材料的比例及其構成的諧振桿的長度可以實現在-5.0～5.0ppm/℃的溫度範圍內的溫度補償，可以達到零漂移的效果。
圖11為通道濾波器設計流程圖。
通道濾波器是種可以通過調諧使能量在特定的諧振頻率通過的電磁電路。因此，通道濾波器廣泛用於通信領域，來實現在期望的頻段內傳輸能量（也就是所說的通帶），而抑制不希望頻段內的能量傳輸（也就是所說的阻帶）。另外，通道濾波器為了滿足要求而有一些衡量的指標，典型的指標包括：插入損耗（也就是所說的帶內最小損耗），插損起伏（也就是所說的帶內平坦度），抑制或隔離（也就是所說的阻帶衰減），群時延（也就是所說的涉及通道濾波器相位特性的一個指標）和反射損耗。
首先，根據指標要求設計通道濾波器，以單通道濾波器為例。根據指標的中心頻率、頻寬，選擇合適的耦合諧振器並選擇合適的通道濾波器Q值。
耦合諧振器電路適用於很多物理結構如：波導、介質諧振器、微帶線，同軸腔體，不同的物理結構適用不同頻率範圍。例如，指標的中心頻率位於C頻段內，由於波導諧振器在C頻段體積大；介質諧振器也是一個很好的選擇，但調試量要大於同軸腔體；微帶線諧振器的Q值很低，滿足不了《公共腔體輸入多工器》的要求；同軸腔體諧振器調試方便，而且得到的Q值為千量級，恰好滿足《公共腔體輸入多工器》的要求，故《公共腔體輸入多工器》選擇同軸腔體諧振器構成的同軸腔體濾波器。
接著，根據要求的插入損耗、阻帶衰減、群時延、帶內平坦度等指標求解出滿足指標要求的幅頻回響和相頻回響曲線，要求相應的曲線滿足指標要求，根據求出的曲線綜合得到耦合矩陣，由得到的耦合矩陣通過自編軟體或者商用軟體（如CST）計算得到具體的物理尺寸，繪圖加工得到加工圖紙。
具體步驟如下：
1、幅頻回響和相頻回響的求解
為了設計滿足上面提到的通道濾波器指標，通常就需要設計不同通道濾波器的幅頻回響和相頻回響曲線（幅頻回響曲線是指：信號幅度隨著頻率變化的曲線，它可以衡量在不同頻率時能量的傳輸或反射；相頻回響曲線是指：信號相位隨著頻率變化的曲線，它對通信的質量有影響）。通道濾波器的幅頻回響中重要的兩項為傳輸函式（S21，即S參數中描述的S21）和反射函式（S11，即S參數中描述的S11），可以由如下等式所示的多項式定義：
這裡F（s），P（s）和E（s）是變數s的多項式。
，ω為角頻率，ε為常數，ε與反射損耗有關。分子多項式F（s）的根為通道濾波器的反射零點，分子多項式P（s）的根為通道濾波器的傳輸零點，分母多項式E（s）的根為通道濾波器的極點。通過改變反射零點、傳輸零點和極點的個數和位置，可以採用不同的通道濾波器回響類型，如切比雪夫、橢圓函式、最平坦回響、類橢圓函式等。通過改變反射零點、傳輸零點和傳輸極點的個數和位置，幅頻回響和相頻回響曲線的形式可以得到改變。不同的幅頻回響和相頻回響曲線滿足各種指標要求。
在選擇反射零點、傳輸零點和傳輸極點的個數和位置時，對於切比雪夫、橢圓函式、最平坦回響傳輸形式的濾波器均有解析的公式計算得到。但是考慮到切比雪夫函式和最平坦回響不能選擇有限遠傳輸零點，橢圓函式不能隨意改變極點位置等因素，《公共腔體輸入多工器》選擇類橢圓函式傳輸形式。
對於類橢圓函式可以憑藉一定的經驗或試驗靈活地選擇。根據霍爾維茲多項式等一系列的要求，類橢圓函式要滿足一定的函式表達式如：極點的選擇要位於複平面的左半平面；再如傳輸零點一對或幾對為純虛數，提供帶外的高抑制；當傳輸零點為複數時，用作改善群時延和帶內波動，就是所說的自均衡技術。
各路通道濾波器採用10階設計、4個有限遠傳輸零點提高帶外抑制、4個有限遠傳輸零點用於實現自均衡的通道濾波器，即有4個交叉耦合，其中兩個交叉耦合用作帶外極點的實現，另外兩個用作自均衡對帶內群時延進行補償。10階設計使帶外抑制、群時延變化更加優良，改善了整個信道。具體選擇如下：
傳輸零點：±1.01j，±1.6j，±0.62±0.35j，ε為0.05。
極點為：-0.02±1.03j，-0.097±0.97j，-0.23±0.75j，-0.25±0.45j，-0.26±0.16j
反射零點：±1.02j，-0.07±0.97j，-0·19±0.74j，-0.22±0.44j，-0.23±0.15j。
2、耦合矩陣推導
第一步：推導y22和y21的已知表達式
已知：
多項式和ε，其中（s＝jw）
推出導納矩陣的兩個表達式y22（s），y21（s）。
從輸入端看去的外部阻抗為
（1.1）
其中，z11、z22均為二連線埠網路自身的阻抗。
阻抗為
（1.2）
其中m1+n1是Z11（s）的分子。
m1＝Re（e0+f0）+Im（e1+f1）s+Re（e2+f2）s+…
n1＝Im（e0+f0）+Re（e1+f1）s+Im（e2+f2）s+…（1.3）
m1為E（s）+F（s）的s的偶次冪項的係數的實部多項式和奇次冪項的係數的虛部多項式之和；
n1為E（s）+F（s）的s的偶次冪項的係數的虛部多項式和奇次冪項的係數的實部多項式之和；
m2為E（s）-F（s）的s的偶次冪項的係數的實部多項式和奇次冪項的係數的虛部多項式之和；
n2為E（s）-F（s）的s的偶次冪項的係數的虛部多項式和奇次冪項的係數的實部多項式之和。
對於雙連線埠偶數階諧振器的情況：
將1.2式中的n1提出，可以得到
可以看出
（1.4）
對於一個雙連線埠網路的網路矩陣有該換算關係：
因為y21與y22具有相同的分母，且y21和S21（s）有相同的傳輸零點，則有
當雙連線埠奇數階諧振器時：
（1.7）
單連線埠偶數階諧振器時：
（1.8）
單連線埠奇數階諧振器時：（1.9）
單連線埠網路時在式子1.8和1.9中
m1＝Re（e0）+Im（e1）s+Re（e2）s+…
n1＝Im（e0）+Re（e1）s+Im（e2）s+…（1.10）
其中ei，fi，（i＝1，2，…N）是E（s）和F（s）的復係數。上述兩多項式的係數為實虛交替，以確保能有純虛數的根。
第二步：推導y22和y21的未知表達式
圖10為n階通道濾波器的等效電路圖，其電路方程為：
寫成矩陣方程為：E＝Z·i＝j（ωI-jR+M）i（1.11）
其中，I是單位矩陣；R是第（1，1）個元為R1，第（n，n）個元為Rn，其餘元為零的矩陣；M就是耦合矩陣，對角線元均為零，其餘元依次為Mij的矩陣。
為了計算Mij做以下的理論推導：
其外部特性如圖12所示的二連線埠網路示意圖，二連線埠網路的內部的等效電路如圖10所示，即n階通道濾波器的等效電路圖：
I1＝y11V1+y21V2，
I2＝y21V1+y22V2（y11＝y22）（1.12）
當R1＝Rn＝0，V1＝e1，V2＝0時，可知短路導納為：
y11＝I1/e1＝i1＝-j[（ωI+M）]11，y21＝I2/e1＝in＝-j[（ωI+M）]n1（1.13）
在式（1.11）中，令R等於零，得：
（ωI+M）i＝-j（1，0，0，…，0）′＝e′（1.14）
其中i＝（i1，i2，…in），是列矩陣，上角撇號代表倒置運算。在數值上，i1＝y11，in＝y21。現取i的一個正交變換，i＝Ty，TT′＝T′T＝I，代入式（1.14），方程兩邊均左乘以式i′＝（Ty）′，變換得：
y′（T′MT+ωI）y＝y′T′e′（1.15）
我們要求T作用於M後，變成如下對角陣：
（1.16）
即可得：M＝-TΛT′，代入式（1.15）得：
y＝-（Λ-ωI）T′e′（1.17）
又知下式成立：
（1.18）
可得：y＝-DT′e′＝-（DT′）e′，即是式：
故可分出矩陣i的第一個元和最後一個元。
第三步：推出λk，T1k，Tnk
由式（1.20）可以看出矩陣M的特徵值λk正好是y22，y21共同的分母多項式的根，而正交矩陣T的第一行和最後一行元素可以根據y22和y21對應於每個λk的留數求得。設y22和y21的留數分別為r21k和r22k。
則有
（1.21）
第四步：構造T，M矩陣：
當求出正交矩陣的第一行及第n行T1k，Tnk時，中間的行補做單位矩陣形式時，進行施密斯正交歸一化求得T。根據（1.16）可求解出耦合矩陣M。
又因為
（1.22）
最終綜合併摺疊形式排布旋轉得到的耦合矩陣為：R1＝0.1342，Rn＝1.5839。
其中，R1為公共腔體與通道濾波器的第一諧振器的耦合量，即耦合輸入量，Rn為通道濾波器的最後一個諧振器與輸出的耦合量，即耦合輸出量。如耦合矩陣所示，主耦合的耦合量較大，而交叉耦合的耦合量較小，這種五邊形諧振腔體的設計在結構上可以很好的滿足這種需求，而且可以方便的增加某些在耦合矩陣中沒有的交叉耦合，使得這些耦合方便調試。
3、公共腔體尺寸計算
3.1計算單腔諧振頻率
通道濾波器中的諧振器中的諧振腔是一個精確尺寸設計的金屬空膛。通常相鄰的諧振腔用小縫隙聯繫在一起（例如膜片）以實現兩個諧振器間的能量耦合。諧振腔可以選擇性地使用金屬桿或者陶瓷介質材料。該領域技術人員清楚，該諧振器的尺寸可由解析公式、數值計算得到。
通道濾波器的諧振器的材料和尺寸確定後，通道濾波器Q值（即品質因數）就被確定。對於實際的濾波器，Q值會直接影響到插入損耗和帶內平坦度的大小。特別的，高Q值的濾波器有小的插入損耗，並且在過渡帶有陡峭的滾降（即更高的矩形係數）。相反的，低Q值的濾波器由於大的插入損耗而有大的能量損耗，而且在通帶邊緣損耗也增大的很快。例如，有高Q值的波導諧振器構成的波導濾波器或介質諧振器構成的介質濾波器的Q值能達到8000到15000，低Q值的諧振器，例如同軸腔體諧振器構成的同軸腔體濾波器的Q值為2000到5000量級。
通常，為了提高Q值以改善濾波器的性能，需要選擇尺寸較大的諧振器，選擇合適的諧振腔大小，滿足Q值的要求。如圖8所示的通道濾波器的單個諧振器仿真結構示意圖，在高頻仿真軟體CST中建立單腔仿真模型，用來計算單腔諧振頻率。在選擇諧振腔的腔體大小時選擇約18毫米*18毫米*15毫米（高），Q值約為2500。內部的諧振桿長度為12.2毫米時，內部的諧振桿直徑平均為6毫米，計算得出中心頻率為4.04吉赫茲。
調整內部的諧振桿長度不同值時，計算出如圖9所示的公共腔體仿真曲線中的4個通道的諧振頻率：3760兆赫茲，3880兆赫茲，4000兆赫茲，4120兆赫茲。
3.2計算輸入端耦合量
根據得到的耦合矩陣，輸入多工器的輸入端為公共腔體的公共連線埠，採用了反射群時延方法，在高頻仿真軟體CST中建模計算，通過適當的選取公共腔體及內部的公共諧振桿的長度和直徑，使公共腔體寬頻諧振，由於公共腔體寬頻諧振的頻寬需覆蓋各通道濾波器的中心頻率，該實施例頻寬覆蓋了3.7吉赫茲～4.2吉赫茲，以滿足需要。
輸入端耦合量採用反射群時延法計算：
對於低通濾波器S11的群時延我們定義為：
其中
為S11的相位（單位rad），w為角頻率。當轉化為帶通濾波器時為
w為低通的角頻率。且
其中w0為帶通濾波器的中心頻率，w1為帶通的下邊頻，w2為帶通的上邊頻，
w0＝（w1w2）
對於低通濾波器原形的傳輸函式：
其中，Zin為從低通濾波器的連線埠看去的二連線埠網路阻抗，Z0為源阻抗。
對於無耗情況Zin為純虛數，Z0為實數。
所以，
由於
故
當w＝w0時，
，其中g0，g1為低通濾波器歸一化因子。
求出諧振的群時延值為119ns。
公共腔體與通道濾波器耦合的仿真結構示意圖如圖6所示，公共腔體仿真曲線如圖9所示。根據3.1節中計算得出的尺寸，改變公共腔體和通道濾波器第一個諧振器間的耦合視窗大小，並改變公共諧振桿的長度和直徑，計算得到所需要的群時延值。CST中的設定為：公共腔體中沒有加調諧螺釘時群時延計算值為130ns（仿真值為119ns），計算出的調諧螺釘長度約為0.8毫米。
4、耦合及溫度補償設計
在CST中建模如圖8所示，CST中的設定為：低膨脹合金的線膨脹係數為鋁的線膨脹係數為。
在計算溫度補償時，結構的任意長度尺寸為L，如果鋁材料，溫度從0變化為T時，長度尺寸從L變化到L×（1+T×23×10）。求解器選擇為本徵模計算仿真結果。
5、根據指標要求，計算每個通道的尺寸，把最終計算的尺寸，加工調試，可得到最終輸入多工器。
《公共腔體輸入多工器》的主要性能參數及指標要求如表1所示：
參數 | 指標要求 | |
中心頻率 | 3760兆赫茲,3880兆赫茲,4000兆赫茲,4120兆赫茲 | |
寬頻 | 36兆赫茲 | |
帶外抑制（dBpp） | Fc±22兆赫茲 | N10 |
Fc±25兆赫茲 | N22 | |
Fc±30兆赫茲 | 335 | |
Fc±50兆赫茲 | 342 | |
群時延（nspp） | Fc（中心頻點與帶內最低點） | W3 |
Fc+10兆赫茲 | W3 | |
Fc±12兆赫茲 | W4 | |
Fc±14兆赫茲 | <8 | |
Fc±16兆赫茲 | W25 | |
Fc±18兆赫茲 | W40 | |
群時延斜率（ns/兆赫茲） | Fc±10兆赫茲 | <0.8 |
Fc±12兆赫茲 | <1.5 | |
Fc±14兆赫茲 | W3 | |
Fc±16兆赫茲 | W8 | |
Fc±18兆赫茲 | W25 | |
帶內插損平坦度（dBpp） | Fc±10兆赫茲 | W0.3 |
Fc±12兆赫茲 | W0.4 | |
Fc±14兆赫茲 | W0.5 | |
Fc±16兆赫茲 | W0.6 | |
Fc±18兆赫茲 | W0.8 | |
帶內插損斜率（dB/兆赫茲） | Fc±12兆赫茲 | WO.l |
Fc+14兆赫茲 | W0.2 | |
Fc±16兆赫茲 | <0.4 | |
Fc±18兆赫茲 | <0.6 | |
體積 | 60毫米*120毫米*200毫米 | |
質量 | 1.3千克 | |
可靠性 | 20fits | |
《公共腔體輸入多工器》的公共腔體輸入多工器設計同樣適用於中心頻率為300兆赫茲～30吉赫茲的同軸腔體、介質、波導濾波器、梳狀濾波器、交指濾波器構建的輸入多工器。不使用電纜或波導和環行器連線，通過構建公共腔體和通道濾波器完成多通道一體化設計，減小了體積、質量，並消除了環行器受溫度變化的影響造成的誤差，提高了可靠性，節約成本，又提高了電性能，公共腔體的設計使輸入耦合計算準確，調試方便，並使通道性能一致性好。
榮譽表彰
2016年12月7日，《公共腔體輸入多工器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
