小體積微波濾波器的設計

柳 妮

（四川文理學院，四川 達州 635000）

0 引言

濾波電路廣泛運用于電源濾波電路、電磁屏蔽、基帶電路和算法[1-3]，以及各種通信系統中，根據濾波器的結構類型采用不同設計方法，對于微帶濾波器的設計采用軟件[4]，具有較大加載電容的梳狀線濾波器，由于它的諧振桿長度小于波長的八分之一；因此體積小，結構緊湊，強度高，被廣范圍應用；它的理論研究在參考文獻[5]中有已經給出。圓桿梳狀線由于采用了圓柱金屬桿，其加工成本低，精度高，保證了電氣指標的實現，與比矩形桿相比其性能優良。

傳統的設計梳狀線濾波器方法采用試驗法與等效電路原理結合，往往需要重復加工，反復調試，加工成功率很低，成本高，成品率低，使得生產周期很長。

用等效電路原理從理論上計算出圓桿梳狀線各個部分的最初尺寸，結合CST電磁場仿真軟件仿真電氣指標。求圓桿梳狀線帶通濾波器的最初尺寸的計算公式見參考文獻[6]。本文設計出了中心頻率為1675 MHz圓桿梳狀線濾波器，并進行了加工，得到了濾波器的S參數曲線的測試結果和CST軟件仿真結果。技術指標相比實測結果兩者一致。

1 微波濾波器的設計

圖1給出了梳狀線帶通濾波器的原理圖，在圖1中諧振器由一端通過集中電容接地和一端短路平行耦合線構成。 圖1中的1線到線n和與之相連的電容構成相應的諧振器；線0和線n+1是阻抗變換段的一部分，其阻抗變換的作用。

圖1 梳狀線濾波器原理

濾波器的電氣指標如下。

中心頻率：f0=1.675 GHz ；帶寬：Δf=30 MHz；1 dB帶內插損：LAr＜ 1.5 dB ；1 dB駐波系數：ρ＜1.2；帶外抑制：f0± 45 MHz ，大于46 dB。

[7]采用一般切比雪夫型函數濾波器，跟據參考文獻[5]可以計算得到階數n=6，梳狀濾波器的低通原型數值：g0=1，g1=1.1681，g2=1.4039，g3=2.0562， g4=1.5170，g5=1.9029，g6=0.8616，g7=1.3554。采用參考文獻[3]給出的計算公式計算圓桿梳狀線帶通濾波器，表1給出了自電容和歸一化電容的計算結果。

表1 梳狀濾波器的歸一化電容和自電容

表1給出了采用參考文獻[3]中的圖表與公式計算得出的數值；表2給出了采用等效電路原理方法計算得到的圓桿梳狀線濾帶通波器的尺寸；表3給出了CST軟件優化得到的濾波器尺寸。

設計出的圓桿梳狀線濾波器的長僅 13 cm，寬僅2.3 cm，高僅1.14 cm。對表2與表3的尺寸，采用CST軟件仿真的濾波器的S參數見圖2與圖3。

表2 采用等效電路原理方法得出的圓桿梳狀濾波器的各部分尺寸參數

表3 CST軟件優化計算得到的圓桿線梳狀濾波器各部分的尺寸參數

圖2 表2中尺寸的CST仿真的S參數

圖3 表3中尺寸的CST仿真的S參數

對比表2和表3的尺寸得出：等效電路原理的方法得到的濾波器各部分的尺寸和軟件優化得到的尺寸不相同；同時比較圖2、圖3的濾波器的S11和S21電氣指標曲線得出，等效電路原理沒有考慮諧振桿之間的相互耦合，僅僅只考慮了鄰近諧振桿之間的相互耦合，導致其計算的準確度低；由于CST軟件的優化計算考慮了所有諧振桿的相互耦合，因此其計算結果準確度高。圖4為按照CST軟件優化的尺寸，加工的實物圖片。

圖4 梳狀濾波器實物

圖5為其測試的特性曲線；圖5中，參考值線RFE位0 dB，特性曲線S11每格為5 dB，特性曲線S21每格為 10 dB，從圖 5可以得出回撥損耗小于-21 dB，f0± 45 MHz處的帶外抑制度大于 48 dB，通帶內的插損小于LAr＜ 1.2 dB ，滿足電氣指標要求。

圖5 梳狀濾波器參數的測試曲線

2 結語

本文采用等效電路原理計算得到濾波器尺寸初值，用CST軟件優化設計了梳狀線帶通濾波器；設計的微波濾波器的帶外抑制高和帶內插損小。由于只采用了一次，因而縮短了生產周期；進行了濾波器實物加工測試，實測濾波器的指標優于要求的電氣指標。采用大電容加載的圓桿梳狀結構，因此體積小，結構緊湊。

參考文獻

[1]周樂樂.如何對通信設備的信號傳輸進行屏蔽濾波處理[J].信息安全與通信保密, 2004(12):52-53.

[2]夏紅根.集成多種自適應濾波算法的回聲消除器[J].信息安全與通信保密, 2008(10):50-54.

[3]譚敏.一種條件自適應濾波算法及其在回聲消除中的應用[J].通信技術,2009,42(07):50-52.

[4]余靜波.基于 ADS2009微帶帶通濾波設計優化[J].通信技術,2010,43(11):26-27,30.

[5]黃席椿.波濾波器綜合法設計原理[M].北京: 人民郵電出版社,1978.

[6]甘本祓.吳萬春.現代微波濾波器的結構與設計[M].北京:科學出版社，1973.

[7]COHN S B.Parallel-coupled Transmission-lineresonator Filters.IRE Trans[J].Microw.Theory Tech., 1958, 4(04): 223-231.