一種緊湊型表貼波導濾波器設計與仿真

　　1 引言

　　隨著(zhù)為微波技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通訊和雷達系統中應用的不斷增多,對電路尺寸小、制作簡(jiǎn)單的微波帶通濾波器的需求也日益增加。而波導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，普通的波導濾波器的體積比較大。緊湊型波導濾波器是微波技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)經(jīng)典而又十分活躍的研究課題。2003年， Vlad Lenive 和 John Ness 報告了一種采用高度減小的波導的緊湊型波導濾波器。2006年， Christen Rauscher 報告了一種采用介質(zhì)填充和脊波導加載的緊湊型波導濾波器。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，本文將報告一種利用凋零模和電容加載構成的新型表貼波導濾波器。

　　2 表貼波導濾波器的結構設計與仿真

　　電容加載可以使濾波器的腔體長(cháng)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。這樣把兩者結合起來(lái)構成的濾波器長(cháng)度和寬度都將大大減小，對于機載雷達和衛星通訊技術(shù)中波導濾波器的性能、體積、重量等都有嚴格的要求的情況下非常實(shí)用。

　　我們給出一個(gè)例子，設計指標規定為：濾波器中心頻率為15.48GHz，帶寬為80MHz， 通帶內的駐波比小于1.3 (反射系數小于-17.7dB)。帶外15.36GHz和15.60GHz處要小于-20 dB。

　　根據現代微波濾波器的結構與設計，滿(mǎn)足上述條件時(shí)n=3,波導濾波器的g參數如表1所示。

　　表1 濾波器的g參數

　　圖1 表貼型濾波器結構示意圖及尺寸

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

　　圖2 模擬得到的S參數曲線(xiàn)

　　圖2給出了利用CST模擬得到的濾波器傳輸曲線(xiàn)。從圖上可以看出，模擬結果滿(mǎn)足設計需要。

　　3 表貼波導濾波器的樣品及測試結果

　　圖3是根據圖1中給出的濾波器參數加工出來(lái)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(xiàn)上和兩邊安排了一些調諧螺釘。圖4是該濾波器的測試曲線(xiàn)。為了測試的需要，濾波器兩端的探針?lè )謩e連接了一個(gè)K接頭轉接器。

　　圖3 緊湊型表貼波導濾波器樣品

　　圖4 緊湊型表貼波導濾波器產(chǎn)品測試曲線(xiàn)

　　4 結論

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