微波濾波器的應用與展望

崔博華，蘇 樺，荊玉蘭

電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室，四川 成都 610054

1 發展歷程

1917年，第一個LC濾波器出現，是由德國的Wagner和美國的Campell分別發明的；1918年第一個多路復用系統在美國出現，隨后一直至50年代無源濾波器得到飛速發展并日趨成熟。S.B.Cohn在1957年首先提出直接耦合腔體濾波器的理論，非常的方便實用。R.J.Cameron在1980年～1982年提出了廣義切比雪夫函數，隨后在交叉耦合多路濾波網絡的綜合中，切比雪夫函數得到了大量的應用。R.J.Cameron在1999年～2003年間提出了耦合矩陣綜合微波濾波器的方法并使之完善。

2 微波濾波器的應用

現代無線電系統，包括微波衛星通信、中繼通信、電子對抗、雷達等發展迅猛，而濾波器的性能的直接影響整個系統的性能優劣，因此微波濾波器也得到不斷的更新于發展，為了滿足各種應用環境的需要，出現了很多不同類型的微波濾波器。

2.1 微帶線濾波器

微帶線濾波器因其易于跟其他電路集成，而且在平面制圖和制版上比較方便，在射頻和微波電路中得到了很廣泛的應用。它的特點是尺寸小，易于加工，可以采用不同的襯底材料而改變頻率的范圍。

半波長平行耦合微帶線帶通濾波器在微波集成電路中應用很廣泛，它的優點是結構很緊湊、第二寄生通帶的中心頻率在主通帶中心頻率的3倍處，適用的頻率范圍很大，相對帶寬可以達到20%；但其缺點是插損較大，濾波器在一個方向上占用的空間比較大。發夾型濾波器的結構是發夾型諧振器并排排列耦合而成，結構更為緊湊，它的信號輸入輸出方式可采用平行耦合式或者抽頭式。其他類型的微帶線濾波器還有交指型濾波器、微帶類橢圓函數濾波器等。

2.2 波導濾波器

波導濾波器是一種無源濾波器，其應用非常廣泛，在大功率和高頻段的天饋系統尤為突出。波導濾波器是一種選頻電路，適用于高功率的系統中，且濾波器的性能良好，易于與波導天線的饋電裝置連接。波導濾波器的主要功能是插入損耗以及帶內波紋很小的前提下，提供足夠的阻帶選擇性與帶外抑制。它的適用范圍大概在8-100GHz。波導帶通濾波器還應用于很多的微波多工器上，但是它有個最大的缺點是在同頻率濾波器中，波導濾波器尺寸明顯較大，隨著微波技術的發展，天線系統的復雜，對波導濾波器的需求也越來越大，對其性能和尺寸提出了更好的要求，需要研究人員不斷的改進與完善。

2.3 腔體濾波器

腔體濾波器在通信系統中的應用與波導濾波器同樣廣泛，它的特點在于插入損耗低，一般在1dB以內，阻帶的抑制性高、調諧方便，同時承受功率也比較大。其中同軸腔具有電磁屏蔽特性和高Q值、低損耗等特性。與波導濾波器相比它的優勢在于尺寸較小，重量相對較輕，但是在10GHz以上使用時，由于物理尺寸微笑，制作精度要求很高，比較難以達到。同軸腔形式的帶通濾波器一般分為標準同軸腔、方腔同軸等，如圖1所示。

圖2 螺旋諧振腔

螺旋諧振腔體是新出現的腔體結構，它可以提供高Q的諧振回路，解決甚高頻高質量的窄帶濾波技術難題。如圖2所示，它的內腔多是采用圓形結構的。由于螺旋諧振腔的理論還不是十分成熟，因此所設計出的器件指標上存在10%左右的誤差在所難免。

3 微波濾波器的發展趨勢

隨著微波技術與通信技術的不斷發展，濾波器的小型化和高性能化已經成為一種必然的趨勢，其他各種新型濾波器也開始應用于各種通信系統中，如套磁介質濾波器、SIR濾波器、SAW濾波器、微波有源濾波器、LTCC濾波器等。

3.1 SAW濾波器

SAW濾波器具有很多優點，它的體積小質量輕，而且產品一致性好，便于批量生產；因其品質因數和帶阻比較高，被廣泛用于射頻和中頻系統中。然而，SAW濾波器一般只用于2GHz以下的通訊系統，因為在高頻下難以處理大功率，而且SAW器件插損較大且難于集成。

3.2 LTCC濾波器

LTCC技術具有膜厚技術和共燒技術兩者的優點，所有的電路疊層以后一次燒結，減少了復雜的燒結過程，節省了大量時間，降低了成本，減小了尺寸；而且更為重要的是LTCC濾波器具有高集成度、高穩定性和高品質因數的優點，在微波領域有著巨大優勢。因此LTCC技術的濾波器已經開始大量運用于手機、ipad等電子設備中，而且在無線局域網卡，藍牙、無線開關等模塊也大有用武之地。

4 結論

本文給出了一些常用濾波器的特點、原理以及其應用范圍，在選用時要綜合各種條件進行考慮。微波濾波器朝著高頻化、集成化、小型化發展是一種必然趨勢。對各種濾波器改進結構，擴大它的工作頻率與相對帶寬、降低濾波器制作成本是設計人員進步一的課題，以適應飛速發展的通信領域。

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