基于相位匹配的高性能吸收型陷波器

钱丽勋，郑升灵，李宏军

（中国电子科技集团公司第十三研究所，第十六专业部 河北 石家庄 050200）

1 吸收型陷波器原理

微波系统中，很多情况下都要求传输信号的损耗尽量小，而干扰信号的损耗尽量大，一般情况下，普通的微波带通滤波器可以满足干扰信号的抑制要求，但是如果干扰信号很大时，普通的带通滤波器就无法达到足够的抑制效果，此时就需要采用专门用于抑制大干扰信号的陷波器。目前，微波陷波器已在无线通讯领域、测量领域等多个领域中得到了广泛的应用。

传统的吸收型陷波器是由反射模式网络耦合3dB混合耦合器或者循环器实现的，这种依靠耦合器或者循环器的结构有实际的应用时有很大限制[1，2]。为了克服传统吸收型陷波器的缺陷，最近有学者提出了一种新的吸收陷波器的概念[3，4]，可以通过几个被动互易线性网络实现，如图1所示为吸收陷波器的原理图。图1中直接连接输入和输出端口的是对传输信号产生φ相移的电路网络；两个短路谐振器的导纳分别为Yp和Ym，k01用来耦合两个谐振器，而谐振器和相移网络由K11直接耦合。

图1 电路原理图

图2 传统陷波器与吸收型陷波器性能对比

利用上述原理设计的吸收型陷波器，在元器件具有相同Q值时，比传统形式的陷波器的陷波深度有极大的提高，效果对比图见图2。

2 陷波器设计及制作

根据如图1所示的原理图，利用LC结构的元器件进行等效，设计得出的电路原理图如图3（a）所示。其中相移电路采用高通或者低通的形式实现，这也是传统的LC设计原理。但是此原理图中元器件数量多，在实际制作过程中难度较大，且调试困难。为了克服图3（a）所示的LC结构陷波器的制作调试难度大的问题，对相移部分进行了改进，利用在罗杰斯板上精确制作传输线的形式实现相移功能，如图3（b）所示。这样既简化了原电路的复杂程度，又提高了调试效率。

图3 LC吸收型陷波器原理图、测试曲线及分布结构测试曲线

图3（a）为LC结构吸收陷波器电路原理图，对此吸收型陷波器进行了实际制作和性能测试，结果见下图3（b），实际测试的3GHz陷波器陷波深度可达52dB，3dB带宽大约220MHz。

陷波器的3dB开口带宽与其元器件的Q值有关，Q值越大开口带宽越小。为了提高陷波器的Q值，减小开口带宽，利用微带线的分布结构形式替代LC元器件，重新设计了陷波器。利用微带线的分布结构形式替代LC元器件，微带分布结构的陷波器及测试结果如图3（c）所示。3dB开口带宽90MHz，相对带宽只有3%。同时利用微带线制作的分布结构吸收陷波器还具有可靠性高，陷波深度高等优点。

3 总结及展望

利用相位匹配原理设计的LC结构吸收式陷波器，结构简单，调试容易，可以在低Q值下实现很高的陷波深度。这种“Q值补偿”形式，为利用低Q值元器件制作高性能陷波器提供了新的思路，也为利用如MEMS、MMIC等工艺实现芯片化陷波器提供了依据和方向。

[1]何成潘.2～18GHz超宽带YIG调谐带阻滤波器[J].磁性材料及器件，2009，40（6）：55-63.

[2]毛金荣.高性能可调微波滤波器的理论与设计[D].南京理工大学，2013.

[3] Trevor Snow,Juseop Lee,William J,et al.Tunable High Quality-Factor Absorptive Bandstop Filter Design[J].IEEE,2012:120-123.

[4] W.M.Fathelbab,I.C.Hunter,J.D. Rhodes.Synthesis of lossy reflection-mode prototype networks with symmetrical and asymmetrical characteristics[J].IEEE,1999,146(2):97-104.