凹形膜片電容加載波導(dǎo)濾波器

　　1 引言

　　現(xiàn)代通訊技術(shù)，比如衛(wèi)星通訊和機載雷達對濾波器的性能、體積、重量等都提出了嚴格的要求。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。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，特別是在頻率比較低的微波頻段?，F(xiàn)代通訊技術(shù)，比如機載雷達和衛(wèi)星通訊技術(shù)對波導(dǎo)濾波器的性能、體積、重量等都提出了嚴格的要求。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。本文將報告一種凹形膜片電容加載的沒有介質(zhì)填充的緊湊型波導(dǎo)濾波器。

　　圖1 (a)傳輸線和(b)電容加載的緊湊型傳輸線

　　2 電容加載的基本理論和分析

　　圖1給出了一根傳輸線和 另一根中間加載電容的傳輸線。利用傳輸線的矩陣和簡單的運算，我們可以得到上述兩根傳輸線在滿足以下條件時等效：

　　從(1)可以看到， 。

　　由(2), 當時 (3)。

　　由(3), 當 很大時, 可以比 小得多。也就是說，電容加載的傳輸線的長度可以大大縮短。

　　3 22G波導(dǎo)濾波器的設(shè)計

　　本文設(shè)計的濾波器是采用凹形膜片電容加載的帶通濾波器，設(shè)計的具體指標為：濾波器級數(shù)為=3，中心頻率=22GHz , 帶寬4GHZ, 輸入/輸出駐波比: <1.5,阻帶抑制: >15dB, 17G和27G以外, 27G~32G之間，連接方式：標準BJ220法蘭盤，外形結(jié)構(gòu)：直的，環(huán)境條件：工作溫度：液氮下，采用凹形膜片電容加載。

　　下面我們利用CAD工具CST來設(shè)計波導(dǎo)濾波器。根據(jù)波導(dǎo)濾波器的理論，波導(dǎo)濾波器可以由一系列中間開口的電感性膜片通過長度近似為半波長的波導(dǎo)連接而構(gòu)成。由(3)，我們可以用加載電容的波導(dǎo)代替一般波導(dǎo)來連接這些電感性膜片，從而縮短濾波器的長度。濾波器設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：

　　圖2 凹型膜片的結(jié)構(gòu)

　　圖3 凹形膜片電容加載波導(dǎo)濾波器示意圖[!--empirenews.page--]

　　圖3給出了電容加載的3階凹形膜片電容加載波導(dǎo)濾波器的示意圖。濾波器由常規(guī)波導(dǎo)濾波器加3個電容凸臺組成。波導(dǎo)寬和高分別為 和 ，凸臺的橫向?qū)挾葁, 縱向長度中間和兩邊分別為t2和t1。凸臺的高度中間為h2, 兩邊為h1。連接4個電容膜片的波導(dǎo)長度從左到右依次為2L1+t1, 2L2+t2,2L1+t1。每兩個腔體之間采用凹形膜片，膜片厚度為t,膜片寬度兩邊和中間分別為W1和W2，高度都為3.32。通過改變膜片寬度，高度和厚度可以調(diào)節(jié)諧振頻率。根據(jù)設(shè)計指標通過CAD軟件CST仿真和優(yōu)化此濾波器模型可以得到如下圖4仿真曲線：

　　圖4 凹形膜片電容加載波導(dǎo)濾波器仿真曲線

表1  濾波器設(shè)計參數(shù)

　　4 結(jié)論

　　本文介紹了一種凹形膜片電容加載的緊湊型波導(dǎo)濾波器。我們首先根據(jù)傳輸線理論證明了采用電容加載的方式可以使傳輸線的長度縮短。采用CAD模擬，我們得到了22G波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過CAD軟件仿真優(yōu)化說明了該濾波器具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單易于加工等優(yōu)點。