一种紧凑型表贴波导滤波器设计与仿真

1、引言

随着为微波技术在无线通讯和雷达系统中应用的不断增多,对电路尺寸小、制作简单的微波带通滤波器的需求也日益增加。而波导滤波器具有高功率容量，低插损和良好的频率选择特性等特点。但是，由于受器件工作原理的限制，普通的波导滤波器的体积比较大。紧凑型波导滤波器是微波技术领域的一个经典而又十分活跃的研究课题。2003年， Vlad Lenive 和 John Ness 报告了一种采用高度减小的波导的紧凑型波导滤波器。2006年， Christen Rauscher 报告了一种采用介质填充和脊波导加载的紧凑型波导滤波器。在1966年G. Craven提出了一种凋零模滤波器，使得滤波器的尺寸与直接耦合腔比较可以进一步减小，本文将报告一种利用凋零模和电容加载构成的新型表贴波导滤波器。

2、表贴波导滤波器的结构设计与仿真

电容加载可以使滤波器的腔体长度减少，而凋零模滤波器中微波在截止频率以下也可以传输。这样把两者结合起来构成的滤波器长度和宽度都将大大减小，对于机载雷达和卫星通讯技术中波导滤波器的性能、体积、重量等都有严格的要求的情况下非常实用。

我们给出一个例子，设计指标规定为：滤波器中心频率为15.48GHz，带宽为80MHz， 通带内的驻波比小于1.3 (反射系数小于-17.7dB)。带外15.36GHz和15.60GHz处要小于-20 dB。

根据现代微波滤波器的结构与设计，满足上述条件时n=3,波导滤波器的g参数如表1所示。

　　表1 滤波器的g参数

我们通过用电容加载和凋零模滤波器理论进行计算，同时利用CST来设计和仿真该波导滤波器。我们得到紧凑型表贴波导滤波器的结构示意图及尺寸如图1所示。

　　图1 表贴型滤波器结构示意图及尺寸

图1给出了电容加载与凋零模相结合的3阶紧凑型表贴波导滤波器的示意图。内部结构由波导滤波器加3个电容凸台和2个膜片组成，该结构对称设计，两端的金属柱子与玻珠的金属探针相联起耦合作用。波导长度、宽度和高度分别为l、a和b，l×a×b=31.06mm×4.7mm×3.3mm。整个产品的外形尺寸为34.26mm×7mm×4.5mm。从中我们可以看出，根据滤波器设计的一般理论，f=15.48GHz时，波导的a=9.69mm时，可以看出利用凋零模滤波器理论后，波导的宽边减少了一半以上，从而更加有利于滤波器的小型化。

　　图2 模拟得到的S参数曲线

　　图2给出了利用CST模拟得到的滤波器传输曲线。从图上可以看出，模拟结果满足设计需要。

3、表贴波导滤波器的样品及测试结果

图3是根据图1中给出的滤波器参数加工出来的滤波器样品照片。为了修正该滤波器的加工误差，我们在滤波器的中心线上和两边安排了一些调谐螺钉。图4是该滤波器的测试曲线。为了测试的需要，滤波器两端的探针分别连接了一个K接头转接器。

　　图3 紧凑型表贴波导滤波器样品

　　图4 紧凑型表贴波导滤波器产品测试曲线

4、结论

本文介绍了一种紧凑型表贴波导滤波器及其测试结果。采用CST仿真模拟并且加工出产品，通过测试结果与仿真模拟进行比较，S曲线吻合较好，证明了该滤波器设计可行，且具有体积小，性能良好，易于集成等优点。