小型化SIR同軸腔體濾波器的設計

微波帶通濾波器是無(wú)線(xiàn)電通信系統中的一類(lèi)關(guān)鍵無(wú)源器件。近年來(lái)，隨著(zhù)微波技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)電通信頻率資源日益緊張，這就對濾波器的性能指標提出了更高的要求，因此研究新的高性能微波帶通濾波器具有十分重要的實(shí)際意義。而同軸腔濾波器具有功率容量大、體積小、Q值高、易于實(shí)現的特點(diǎn)，能夠符合帶內插損小、帶外抑制高的設計要求。λg／4型階躍阻抗變換器(SIR)作為基本諧振單元在不減小無(wú)載Q值的情況下，可減小濾波器尺寸，并通過(guò)調節阻抗比來(lái)較好地控制雜散頻率。同時(shí)采用梳狀線(xiàn)的形式，由于一端的電容加載，進(jìn)一步縮短了諧振器的尺寸。SIR濾波器在結構和設計上有很大的自由度，通過(guò)采用不同類(lèi)型的傳輸線(xiàn)(同軸、帶狀線(xiàn)、微帶、共平面)或介電材料而使其有很大的應用頻率范圍。

1 基本原理
SIR是由兩個(gè)以上具有不用特征阻抗的傳輸線(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，包括λg／4型、λg／2型和λg型，都有開(kāi)路面、短路面和它們之間的阻抗階躍接合面。圖1為λg／4型SIR結構。

傳輸線(xiàn)開(kāi)路端和短路端之間的特征阻抗和等效電長(cháng)度分別對應為Z1、θ1和Z2、θ2，輸入端的阻抗和導納分別定義為Zi和Yi。若忽略階躍非連續性和開(kāi)路端的邊緣電容，那么Zi的表達式如下

當Yi=0時(shí)，可得諧振條件為

由此可得諧振條件取決于θ1、θ2和阻抗率Rz。一般均勻阻抗諧振器(UIR)的諧振條件唯一取決于傳輸線(xiàn)的長(cháng)度，而對SIR同時(shí)要計人長(cháng)度和阻抗比。因此SIR比UIR多了一個(gè)自由度。圖2是同軸SIR的基本結構，內導體的半徑和長(cháng)度分別為a1、l1和a2、l2，外導體內半徑為6，整個(gè)SIR總的電長(cháng)度可表示為θr，則阻抗比Rz可以表示為

以θ2=θ2-θr代人式(2)并求解，得

為了實(shí)現小型化設計，要求0RZ1，0θπ／2。由式(4)可知，當tan2θ1=Rz，這時(shí)由此θT取最小值為

上述計算表明，θ1=θ2=θ0是一個(gè)特殊條件，并且(θT)min是隨著(zhù)Rz的減小而減小，對諧振器的長(cháng)度壓縮就越大。濾波器的雜散頻率由阻抗比由Rz決定。