小体积微波滤波器的设计

2012-10-27柳妮

通信技术 2012年5期

柳妮

（四川文理学院，四川达州 635000）

0 引言

滤波电路广泛运用于电源滤波电路、电磁屏蔽、基带电路和算法[1-3]，以及各种通信系统中，根据滤波器的结构类型采用不同设计方法，对于微带滤波器的设计采用软件[4]，具有较大加载电容的梳状线滤波器，由于它的谐振杆长度小于波长的八分之一；因此体积小，结构紧凑，强度高，被广范围应用；它的理论研究在参考文献[5]中有已经给出。圆杆梳状线由于采用了圆柱金属杆，其加工成本低，精度高，保证了电气指标的实现，与比矩形杆相比其性能优良。

传统的设计梳状线滤波器方法采用试验法与等效电路原理结合，往往需要重复加工，反复调试，加工成功率很低，成本高，成品率低，使得生产周期很长。

用等效电路原理从理论上计算出圆杆梳状线各个部分的最初尺寸，结合CST电磁场仿真软件仿真电气指标。求圆杆梳状线带通滤波器的最初尺寸的计算公式见参考文献[6]。本文设计出了中心频率为1675 MHz圆杆梳状线滤波器，并进行了加工，得到了滤波器的S参数曲线的测试结果和CST软件仿真结果。技术指标相比实测结果两者一致。

1 微波滤波器的设计

图1给出了梳状线带通滤波器的原理图，在图1中谐振器由一端通过集中电容接地和一端短路平行耦合线构成。图1中的1线到线n和与之相连的电容构成相应的谐振器；线0和线n+1是阻抗变换段的一部分，其阻抗变换的作用。

图1 梳状线滤波器原理

滤波器的电气指标如下。

中心频率：f0=1.675 GHz ；带宽：Δf=30 MHz；1 dB带内插损：LAr＜ 1.5 dB ；1 dB驻波系数：ρ＜1.2；带外抑制：f0± 45 MHz ，大于46 dB。

[7]采用一般切比雪夫型函数滤波器，跟据参考文献[5]可以计算得到阶数n=6，梳状滤波器的低通原型数值：g0=1，g1=1.1681，g2=1.4039，g3=2.0562， g4=1.5170，g5=1.9029，g6=0.8616，g7=1.3554。采用参考文献[3]给出的计算公式计算圆杆梳状线带通滤波器，表1给出了自电容和归一化电容的计算结果。

表1 梳状滤波器的归一化电容和自电容

表1给出了采用参考文献[3]中的图表与公式计算得出的数值；表2给出了采用等效电路原理方法计算得到的圆杆梳状线滤带通波器的尺寸；表3给出了CST软件优化得到的滤波器尺寸。

设计出的圆杆梳状线滤波器的长仅 13 cm，宽仅2.3 cm，高仅1.14 cm。对表2与表3的尺寸，采用CST软件仿真的滤波器的S参数见图2与图3。

表2 采用等效电路原理方法得出的圆杆梳状滤波器的各部分尺寸参数

表3 CST软件优化计算得到的圆杆线梳状滤波器各部分的尺寸参数

图2 表2中尺寸的CST仿真的S参数

图3 表3中尺寸的CST仿真的S参数

对比表2和表3的尺寸得出：等效电路原理的方法得到的滤波器各部分的尺寸和软件优化得到的尺寸不相同；同时比较图2、图3的滤波器的S11和S21电气指标曲线得出，等效电路原理没有考虑谐振杆之间的相互耦合，仅仅只考虑了邻近谐振杆之间的相互耦合，导致其计算的准确度低；由于CST软件的优化计算考虑了所有谐振杆的相互耦合，因此其计算结果准确度高。图4为按照CST软件优化的尺寸，加工的实物图片。