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一种紧凑型表贴波导滤波器设计与仿真

作者:时间:2014-11-14来源:网络收藏

  1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/265382.htm

  随着为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的需求也日益增加。而波导具有高功率容量,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,普通的波导的体积比较大。紧凑型波导滤波器是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

  

 

  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。

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关键词: 滤波器 微波技术

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