一種P波段大功率空氣帶狀線低通濾波器的設計

熊文芳 施治國 夏俊怡

【摘要】 探討了一種P波段大功率空氣帶狀線低通濾波器的設計過程，提出了一種濾波器高阻抗線的布局方式，該設計可大大節省體積，且結構簡單，加工、裝配方便，可廣泛用于微波中繼通訊、衛星通訊、雷達技術、電子對抗及微波測量儀等設備中。

【關鍵詞】 大功率 空氣帶狀線 低通濾波器布局

引言

濾波器是無線電技術中許多設計問題的中心，可用于變頻器、倍頻器以及多路通信中。本文提出了一種大功率空氣帶狀線低通濾波器的設計方法，通帶內插損小于0.3dB，在二、三次諧波處抑制能力大于20dB，承受平均功率達到2kW以上。

一、 濾波器的設計

1）選擇適當的低通原型（歸一化）；

根據通帶和阻帶的衰減要求，選用切比雪夫低通原型。

2）計算濾波器實際所需的元件數值；

根據通帶內最高工作頻率確定其截止頻率ω1‘，按通帶內紋波LAr=0.01dB，在歸一化頻率ω，/ω1‘=2.8上，帶外抑制LA（ω，）=40dB，查表得濾波器所需的級數n為7。

通帶內紋波為0.01dB的七級切比雪夫低通原型濾波器歸一化元件參數值如下：

g1=g7=0.7969，g2=g6=1.3924，g3=g5=1.7481，g4=1.6331，g8=1。

濾波器集總元件低通原型如圖1所示。

3）選定高、低阻抗值，計算各線段寬度；

將并聯電容用低阻抗線實現，串聯電感用高阻抗線實現，則濾波器的半集總元件微波實現如圖2所示。

（W0--50Ω線寬，Wl--低阻抗線寬，Wh--高阻抗線寬）圖2 半集總元件微波實現

由于采用空氣介質，要求設計時充分考慮結構強度及機械加工性能。選擇1.5mm的鍍銀銅板，高阻抗設計為79Ω左右，線寬11.8mm，不易變形，低阻抗設計為12.5Ω左右，線寬130mm，可兼顧濾波器的體積及機械加工和安裝固定。

4）計算各阻抗線長度；

將圖2中各低阻抗線由T型等效電路代替，高阻抗線由Π型等效電路代替，得出如圖3所示濾波器的等效電路。

5）進行建模仿真及優化，得出最終結果。

二、優化和仿真

在建模過程中，把非標準模型的參數通過仿真，得到相應的兩端口元件，再帶入系統軟件對各阻抗線參數進行優化，設定合適的目標值，通過優化后，再用HFSS進行仿真驗證。

最終結果如圖4所示。

一般情況下，濾波器的基本布局如圖2所示，濾波器的帶狀線由四級低阻抗線和三級高阻抗線組成，高阻抗線呈“一”字形與低阻抗線水平連接，總體體積較大。通過布局優化，改進后的實物如圖5所示。其實現參數與理論相比會引入誤差，通過在三維電磁場仿真軟件中建立完整的模型，進一步對線長和線寬進行參數優化仿真，確定最佳尺寸，按尺寸加工后性能與仿真結果基本一致。

三、結束語

經過功率試驗，該濾波器承受平均功率可達到2kW；采用厚度為1.5mm的鍍銀銅板加工成的帶狀線，插入損耗較小，有一定的結構支撐強度；采用的U形連接方式，與常規設計連接結構相比，大大縮短了濾波器在長度方向上的尺寸，實現了小型化，且工作一致性較好，可廣泛用于微波中繼通訊、衛星通訊、雷達技術、電子對抗及微波測量儀等設備中。

參 考 文 獻

[1] 甘本袚，吳萬春.現代微波濾波器的設計與結構.北京：科學出版社，1974