基于S波段的交指型滤波器的研究

王抗美

（南京信息职业技术学院，江苏 南京 210046）

1 引言

在多频率的微波系统中，滤波器能够有选择地将选取的频率信号，通过某一传输线，使得电路对信号频率具有选择性。滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。主要目的是阻塞可能引起对有用信号的干扰信号。从结构形式上看，滤波器有多种类型。

交指型滤波器的使用和研究都较广泛。所谓交指型滤波器，是指由两组平行耦合线谐振阵相互交叉组成的结构。它具有良好的带通滤波器特性；这种滤波器的结构紧凑、结实。由于每个谐振器间的间隔较大，故公差要求宽松，同时谐振杆的长度在1/4波长附近，第二通带中心在3ω0上，其间不会有寄生响应，阻带衰减和截止率都较大。

2 理论分析

交指型滤波器既可以采用矩形金属杆，也可以采用圆形金属杆，甚至可以使用微带线的结构形式，同时可以采用集中电容加载的方法减小体积和增加阻带宽度。

本文研究终端短路式交指型滤波器。在两个平行的接地板之间，放入两个交叉的矩形平行耦合线阵，每个矩形杆长约1/4波长，一端开路一端短路，同时在输入输出端同样采用矩形杆耦合。

终端短路式交指型滤波器的节数 n，可根据设计指标计算得到，对于终端短路式滤波器，其滤波器节数Nf短路是：

假设低通原型滤波器的截止频率是1ω′，所需设计通信频带通段滤波器的频率，通带的上下边频分别是 ω1和 ω2，由低通到带通的变换公式是：

两相邻杆的归一化单位长互电容为：

单位长自电容和单位长互电容，其实质就是平行耦合滤波器的奇模和偶模的导纳。

3 设计结果

根据上述的分析，根据旅伴器的通带特性和截止率，得到电抗元件的归一化值，计算J和N的参量，考虑谐振器具有较高的Q值，在谐振器不加截肢的情况下，相邻线间以振幅相同、向往相反的电压激励。同时考虑到工艺制作简单，建立滤波器的拓扑结构模型，给出元件模型的几何数据初始值及变化范围，这一步较关键，因为滤波器的拓扑结构决定了滤波器的形式，从而也就决定了滤波器的特性。

根据公式设计滤波器的结构尺寸，但该尺寸仿真效果不尽人意。经过反复改变参数，进行计算机模拟，并经过多次试验，研制的3.2 GHz～3.4 GHz MHz交指型滤波器，达到了我们预期的目标。滤波器的主要实验结果：在通带内，插入损耗小于0.4 dB，中心频率±40 MHz外为阻带区，最小阻带衰减大于20 dB，中心频率±200 MHz外最小阻带衰减大于45 dB。

假如矩形金属杆不能良好接地，将受外界环境的干扰较大。为了得到高性能的滤波器，就要保证滤波器良好的微波接地，以及防止空间信号的串扰，所以我们制作过程中也验证了这一点。一种改良型的交指型带通滤波器，即在建立滤波器的拓扑结构模型时，在接地孔周围布了大面积地，保证了滤波器的良好接地，并且隔断了周围空间可能的串绕信道，减小了外界干扰对滤波器性能的影响。

4 结束语

在仿真过程中，普通交指型带通滤波器和改良型的交指型带通滤波器，两种结构仿真结果相似，但实验结果不同。改良型的交指型带通滤波器的带内平坦度以及驻波都优于普通交指型带通滤波器，而且在实际电路应用中也发现改良交指型带通滤波器受外界环境的干扰小，技术指标均优于普通交指型带通滤波器。

另外，理论分析结果与我们的实验结果有一定的差距。但在器件研制时，从理论上进行一些分析是必要的。在计算机模拟时，选取矩形金属杆和圆形金属杆都能实现滤波器的功能，验证了理论分析的可行性。

1 甘本祓、吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].北京：科学出版社，1973

2 Derig C.using micrawave CAD programs to analyze microstrip interdigital filters.Microwave Journal,1989: 147

3 ADLMAN J ttc..Design of comb—line and lnterdigital filters with tapped—line input－IEEE Trans 0n Microwa～ Theory and Techniques, 1988, MTT一39（4）: 759～760