一种L波段同轴腔体滤波器的设计

柳占伟

摘要：同軸腔体滤波器具有插入损耗低、功率容量大、边带抑制高、寄生通带远、调试方便等优点，在雷达、通信、电子对抗等系统中的应用越来越广泛。本文介绍了一种L波段大功率同轴腔体滤波器，利用公式计算软件算出滤波器的初值，使用HFSS软件建模仿真和优化。经过验证，滤波器各项技术指标和功率容量都满足要求。

关键词：L波段;同轴腔体滤波器;大功率

中图分类号：TN713.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）02-0163-02

在电子系统中，滤波器主要用于滤除带外杂散信号和谐波信号。而同轴腔体滤波器具有优良的射频特性，用在电子系统接收前端时，具有同节数滤波器边带抑制陡峭、抑制高的优点，可以有效抑制带外杂散信号输入，提高系统的抗干扰能力;用在电子系统发射末端时，低损耗、大功率、高抑制的优点，可以有效抑制大功率发射机的谐波信号，防止影响系统中其它设备的正常工作，提高系统的电磁兼容性。

1同轴腔体滤波器原理

同轴腔体滤波器等效电路如图1所示。每一组谐振杆、调谐螺钉及其周围空间构成一个谐振腔，每个谐振腔的谐振频率都在滤波器的中心频率附近，Q值影响滤波器的插入损耗[1]。

当确定滤波器的中心频率、带宽、插入损耗、波纹、带外抑制时，可以通过切比雪夫带通原型滤波器查表可以计算滤波器节数、耦合常数、群时延、单腔谐振频率、单腔Q值等[2]。

f0=                                          （1）

l=（2p-1）λ/4，（p=1，2，3，…）                         （2）

Q0=                              （3）

Δω=（ω2-ω1）/                          （4）

Kij=Δω/                                     （5）

式中：f0为1/4波长同轴谐振器的谐振频率，c为光速，l为电磁波在谐振器中传播方向的长度，εr为相对介电常数;Q0为同轴腔的品质因数，δ为损耗角，h为同轴腔的高度，a为调谐钉外半径，b为谐振杆内半径，谐振杆使用加载电容时谐振杆长度会变短;ω1和ω2为滤波器的通带边缘频率，Δω为滤波器的相对带宽;gi、gj为原型滤波器值，Kij为第i谐振腔和第j谐振腔之间的耦合系数[3]。

2 滤波器的设计和仿真

滤波器的指标要求：

（1）工作频率：1GHz-1.35GHz;

（2）驻波比：≤1.5;

（3）插入损耗：≤0.5dB;

（4）带外抑制：≥60dB@0.1～0.5GHz;≥60dB@1.6～ 4.05GHz;

（5）承受功率：≥500瓦，连续波。

使用查表计算的方法设计滤波器过程比较繁琐，本设计采用同轴腔体滤波器公式计算软件算出初值。使用HFSS仿真软件对同轴腔体滤波器建立模型，如图2所示。对调谐钉伸入调谐杆的长度、调谐杆之间的间距分别设置变量，进行分步优化。

3 滤波器测试

根据滤波器仿真优化数据，对滤波器进行加工、装配、测试，完成后切割调谐钉多余部，以减小滤波器外形尺寸。实物如图3所示，测试结果如图4所示。滤波器在设计、加工、调试中需要注意的事项如下：

（1）谐振杆和调谐钉，设计时要适当粗一些，以便满足大功率工作时的散热需求;间距要适当大一些，满足大功率工作时的电场强度需求，防止发生打火现象。

（2）加工时应选用数控加工机床，加工精度提高后，可以降低不同产品的差异性，大幅度减少调试工作量，提高工作效率。

（3）调试中发现调谐钉有形变的现象，调谐钉发生形变后不仅影响调试，距离谐振杆距离太近，大功率工作时还会出现击穿空气打火的现象。为了避免此问题，材料在加工前应该进行热处理，释放机械应力。

4 结语

本文设计了一种L波段大功率同轴腔体滤波器，该滤波器损耗小、承受功率大、边带陡峭、带外抑制高。仿真优化设计与实物测试结果相吻合，并且调试简单，说明设计方法可行。经过工程使用，验证了滤波器的可靠性。

参考文献

[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] Cabor  C. Temes，Sanjit  K.mITra.现代滤波器理论与设计[M].王志洁，译.北京：人民邮电出版社，1984.

[3] M. Makimoto，S. Yamashita.无线通信中的微波谐振器与滤波器[M].赵宏锦，译，北京：国防工业出版社，2002.

Design of an L-band Coaxial Cavity Filter

LIU Zhan-wei

（Shijiazhuang Norton Human Resources Development Co. Ltd. Shijiazhuang Hebei 050000）

Abstract：Coaxial resonator filter has the advantages of low insertion loss， large power capacity， high sideband suppression， remote parasitic passband and convenient debugging. In this paper， a kind of  L wave band high-power coaxial resonator filter is introduced， the initial value of the filter is calculated by the formula calculation software， and the HFSS software is used for modeling， simulation and optimization. After testing and verification， all technical indexes and power capacity of the filter meet the requirements.

Key words：L wave band;coaxial resonator filter;high power