一種緊湊型表貼波導濾波器設計與仿真

　　1 引言

　　隨著為微波技術在無線通訊和雷達系統(tǒng)中應用的不斷增多,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，普通的波導濾波器的體積比較大。緊湊型波導濾波器是微波技術領域的一個經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構成的濾波器長度和寬度都將大大減小，對于機載雷達和衛(wèi)星通訊技術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用。

　　我們給出一個例子，設計指標規(guī)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(shù)小于-17.7dB)。帶外15.36GHz和15.60GHz處要小于-20 dB。

　　根據(jù)現(xiàn)代微波濾波器的結構與設計，滿足上述條件時n=3,波導濾波器的g參數(shù)如表1所示。

　　表1 濾波器的g參數(shù)

　　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個電容凸臺和2個膜片組成，該結構對稱設計，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)濾波器設計的一般理論，f=15.48GHz時，波導的a=9.69mm時，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(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，模擬結果滿足設計需要。

　　3 表貼波導濾波器的樣品及測試結果

　　圖3是根據(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品測試曲線

　　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品，通過測試結果與仿真模擬進行比較，S曲線吻合較好，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。