一種緊湊型表貼波導(dǎo)濾波器設(shè)計(jì)與仿真

　　1 引言

　　隨著為微波技術(shù)在無線通訊和雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用的不斷增多,對電路尺寸小、制作簡單的微波帶通濾波器的需求也日益增加。而波導(dǎo)濾波器具有高功率容量，低插損和良好的頻率選擇特性等特點(diǎn)。但是，由于受器件工作原理的限制，普通的波導(dǎo)濾波器的體積比較大。緊湊型波導(dǎo)濾波器是微波技術(shù)領(lǐng)域的一個經(jīng)典而又十分活躍的研究課題。2003年， Vlad Lenive 和 John Ness 報(bào)告了一種采用高度減小的波導(dǎo)的緊湊型波導(dǎo)濾波器。2006年， Christen Rauscher 報(bào)告了一種采用介質(zhì)填充和脊波導(dǎo)加載的緊湊型波導(dǎo)濾波器。在1966年G. Craven提出了一種凋零模濾波器，使得濾波器的尺寸與直接耦合腔比較可以進(jìn)一步減小，本文將報(bào)告一種利用凋零模和電容加載構(gòu)成的新型表貼波導(dǎo)濾波器。

　　2 表貼波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真

　　電容加載可以使濾波器的腔體長度減少，而凋零模濾波器中微波在截止頻率以下也可以傳輸。這樣把兩者結(jié)合起來構(gòu)成的濾波器長度和寬度都將大大減小，對于機(jī)載雷達(dá)和衛(wèi)星通訊技術(shù)中波導(dǎo)濾波器的性能、體積、重量等都有嚴(yán)格的要求的情況下非常實(shí)用。

　　我們給出一個例子，設(shè)計(jì)指標(biāo)規(guī)定為：濾波器中心頻率為15.48GHz，帶寬為80MHz， 通帶內(nèi)的駐波比小于1.3 (反射系數(shù)小于-17.7dB)。帶外15.36GHz和15.60GHz處要小于-20 dB。

　　根據(jù)現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，滿足上述條件時n=3,波導(dǎo)濾波器的g參數(shù)如表1所示。

　　表1 濾波器的g參數(shù)

　　我們通過用電容加載和凋零模濾波器理論進(jìn)行計(jì)算，同時利用CST來設(shè)計(jì)和仿真該波導(dǎo)濾波器。我們得到緊湊型表貼波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖及尺寸如圖1所示。

　　圖1 表貼型濾波器結(jié)構(gòu)示意圖及尺寸

　　圖1給出了電容加載與凋零模相結(jié)合的3階緊湊型表貼波導(dǎo)濾波器的示意圖。內(nèi)部結(jié)構(gòu)由波導(dǎo)濾波器加3個電容凸臺和2個膜片組成，該結(jié)構(gòu)對稱設(shè)計(jì)，兩端的金屬柱子與玻珠的金屬探針相聯(lián)起耦合作用。波導(dǎo)長度、寬度和高度分別為l、a和b，l×a×b=31.06mm×4.7mm×3.3mm。整個產(chǎn)品的外形尺寸為34.26mm×7mm×4.5mm。從中我們可以看出，根據(jù)濾波器設(shè)計(jì)的一般理論，f=15.48GHz時，波導(dǎo)的a=9.69mm時，可以看出利用凋零模濾波器理論后，波導(dǎo)的寬邊減少了一半以上，從而更加有利于濾波器的小型化。

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　　圖2 模擬得到的S參數(shù)曲線

　　圖2給出了利用CST模擬得到的濾波器傳輸曲線。從圖上可以看出，模擬結(jié)果滿足設(shè)計(jì)需要。

　　3 表貼波導(dǎo)濾波器的樣品及測試結(jié)果

　　圖3是根據(jù)圖1中給出的濾波器參數(shù)加工出來的濾波器樣品照片。為了修正該濾波器的加工誤差，我們在濾波器的中心線上和兩邊安排了一些調(diào)諧螺釘。圖4是該濾波器的測試曲線。為了測試的需要，濾波器兩端的探針分別連接了一個K接頭轉(zhuǎn)接器。

　　圖3 緊湊型表貼波導(dǎo)濾波器樣品

　　圖4 緊湊型表貼波導(dǎo)濾波器產(chǎn)品測試曲線

　　4 結(jié)論

　　本文介紹了一種緊湊型表貼波導(dǎo)濾波器及其測試結(jié)果。采用CST仿真模擬并且加工出產(chǎn)品，通過測試結(jié)果與仿真模擬進(jìn)行比較，S曲線吻合較好，證明了該濾波器設(shè)計(jì)可行，且具有體積小，性能良好，易于集成等優(yōu)點(diǎn)。