一種基于階躍阻抗波導帶通濾波器的設計

摘要：利用階躍阻抗諧振器(SIR)結構設計波導帶通濾波器。該方法減小體積，又可以將雜散諧振頻率向高端推移，從而增加阻帶寬度，使得結構的設計獲得很大的自由。最后，利用電磁場(chǎng)仿真軟件對結構尺寸進(jìn)行優(yōu)化仿真，并實(shí)際制作一個(gè)中心頻率為780 MHz(通帶差損小于0．7 dB)的SIR帶通濾波器。實(shí)測結果和仿真結果吻合良好，達到預計指標參數。該濾波器具有體積小，結構簡(jiǎn)單易于加工等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：躍阻抗諧振器(SIR)；波導；帶通濾波器；壓縮體積

微波帶通濾波器作為無(wú)線(xiàn)電通信和雷達系統中的關(guān)鍵無(wú)源器件，目前被廣泛的研究?，F在應用非常普遍的有波導濾波器、同軸濾波器、帶狀線(xiàn)濾波器和微帶濾波器等等。帶狀線(xiàn)濾波器具有小的尺寸、通過(guò)光刻技術(shù)易于加工、與其它有源電路元件易于集成等優(yōu)點(diǎn)，在射頻和微波電路中常被使用。但是，當要求濾波器能夠承受高功率、低插損、高抑制、窄帶寬時(shí)，腔體濾波器是最好的選擇。但腔體濾波器件最大缺
點(diǎn)是——尺寸明顯比其他可應用在微波波段的濾波器大。因此緊湊型波導濾波器就成為微波技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)經(jīng)典而又十分活躍的研究課題。
M．Makimoto和S．Yamashita證實(shí)：SIR在不減小無(wú)載Q值的情況下可縮短諧振器的長(cháng)度。作者正是利用階躍阻抗諧振器(SIR)原理，實(shí)現腔體帶通濾波器體積的壓縮，并且雜散諧振頻率被移開(kāi)。

1 階躍阻抗諧振器的原理
所謂階躍阻抗諧振器(SIR)，是指由2個(gè)以上具有不同特征阻抗的傳輸線(xiàn)組合而成的橫向電磁場(chǎng)或準橫向電磁場(chǎng)模式的諧振器。SIR的3種基本結構，如圖1(a)、(b)和(c)所示，它們分別對應的是lg／4型、lg／2型和lg型?；镜腟IR結構的共同單元是，都包括開(kāi)路端、短路端和它們之間的阻抗階躍結合面。他們分別看成由1個(gè)、2個(gè)和4個(gè)這樣的基本單元所組成。在圖2所示的SIR基本單元結構中，傳輸線(xiàn)短路端和開(kāi)路端之間的特征阻抗和等效電長(cháng)度分別對應為Z1、Z2和q1、q2。首先定義阻抗比Rz=Z2／Z1，隨后，通過(guò)Rz系統的討論了SIR的一些基本特性，比如：諧振條件、諧振器長(cháng)度、雜散諧振頻率以及等效電路。

1．1 諧振條件
Z2-Z1tanq1tanq2=0 (1)
可以看出，SIR的諧振條件取決于q1、q2和阻抗比Rz，與均勻阻抗諧振器(UIR)的諧振條件相比，SIR設計的自由度將變大。
1．2 諧振器長(cháng)度
SIR開(kāi)路端與短路端之間的總電長(cháng)度為qTA，即


由推導可知，q1=q2是一個(gè)特殊條件，它給出了SIR的極大或極小的長(cháng)度，以后的設計都主要基于這一條件。由此可知，理論上可以用過(guò)采用較小的Rz值來(lái)無(wú)限地縮短SIR諧振器的長(cháng)度，但是SIR長(cháng)度被限定于對應UIR長(cháng)度的兩倍。