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发表于 2010-10-20 22:23:38
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微波滤波器在微波毫米波通信，卫星通信，雷达，导航，制导，电子对抗，测试仪表等系统中有着广泛的应用，由于小型滤波器在高频器件中体现出许多优点,如体积小,重量轻,插损小,而且在宽频带中对谐振有很好的抑制作用，精确而又快速地设计各种滤波器成为人们普遍关注的问题。梳状滤波器由于采用了较大的加载电容，使其谐振线小于八分之一波长，其结构紧凑，体积小，强度高，应用范围广，其理论部分已在参考文献中有详细的阐述。圆杆梳状线滤波器由于谐振杆采用了圆杆因而其加工难度降低，容易保证技术指标的实现，其功率容量比矩形杆梳状滤波器高，具有比矩形杆梳状滤波器优良的性能。
本文主要论述了抽头式输入输出结构的梳状滤波器，在结构上更加紧凑，并且抽头单元对滤波器整体性能的影响较大，所以传统基于等效电路法所设计的微波滤波器调试难度大，研制周期长。在滤波器设计中，有载品质因数起到了至关重要的作用，因为提供了滤波器和外部电路的关系，保证了输入\输出的阻抗匹配，决定了输入输出单元。本文利用提取有载品质因数的办法来得到输入输出单元的初值，比传统的等效电路法更方便快捷。
2. 梳状滤波器的设计
所谓有载品质因数，就是终端电阻反射到第一个串联（或并联）谐振器中所得的值，按此定义以及倒置变换器的定义，如图1所示，左端的终端电阻反射到第一个串联谐
图1带有倒置变换器的低通原型滤波器
振器中的电阻是 z（由J变换器构成的并联谐振器回路定义方法相同），由低通到带通的频率变换，可以求得带通滤波器中串联谐振器的感抗为 =，故其有载品质因数值是==
同样得出第个谐振器的有载品质因数值是
== （为归一化的频率，为相对带宽）
由于=，，其中为谐振角频率。同时有载品质因数 还可以通过 在谐振频率处的群时延来提取， 由，，又有耗电路中的无载品质因数，故
同时有载品质因数 还可以通过在谐振频率处的群时延来提取，由上式可得
，由群时延的定义可得的群时延为
=
从上式可以看出，在谐振状态下即=0时，群时延达到最大值，为
这样就可以得到所要提取的有载品质因数
3. 梳状滤波器的设计实例及仿真优化
本文设计了一个抽头式切比雪夫型梳状滤波器，其主要技术指标如下：
中心频率为 = 586MHz；
通带带宽为 = 120MHz； 即相对带宽为 BW = 20.5%；
带内插损 ≤ 1.8dB； 带内驻波ρ≤1.5；
带外抑制 在 ± 220MHz处≥60dB；
体积要求 ≤ 180×80×25（）
输入输出方式 标准 SMA抽头
分析滤波器的设计指标， 由切比雪夫原型查表得当n=10时，带外在>706 MHz和<466 MHz的地方衰减大于60dB，得到=1，=0.8196，=1.4369，=1.8192, =1.7311,=1.9362, =1.759, =1.9055, =1.6527, =1.5817,=0.7446, =1.1007。利用低通元件值可以得到有载品质因数=3.998，再利用的群时延提取出所需的有载品质因数，结构如图2所示，抽头线高度与有载品质因数的关系曲线见图3。
图2单加载谐振器的结构图 图3抽头线高度与有载品质因数的关系曲线
从图3可以得到抽头高度为=35.8，这时=4.8。该滤波器对寄生通带没有严格要求，取谐振杆的高度为69（略大于=64）。这主要考虑到滤波器的中心频率比较低，如果将谐振杆的高度设置为（），那么终端加载电容量很大，用螺钉加载实现时，螺钉打入会太深，结构实现和加工难度较大；再者，谐振杆压缩的越厉害，其无载品质因数会越低，带内插损也会相应增加。表1为经过HFSS优化后所得的尺寸。
表1经过HFSS优化后所得的尺寸
1和9 2和8 3和7 4和6 5
10 10 10 10 10
4.9 7 7.7 7.8 8
67 67 67 67 67
25 25 25 25 25
27.33 22.4 21.72 21.5 21.4
这里，为第个谐振圆杆的直径，为相邻圆杆的边缘距离，为圆杆谐振器的高度，为圆杆谐振器打孔的深度，为调谐螺钉的深度。
图4滤波器整体仿真结构图
图5经HFSS优化后的仿真曲线图
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