基于S波段的交指型濾波器的研究

王抗美

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

1 引言

在多頻率的微波系統(tǒng)中，濾波器能夠有選擇地將選取的頻率信號，通過某一傳輸線，使得電路對信號頻率具有選擇性。濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它實質(zhì)上是一個選頻電路。主要目的是阻塞可能引起對有用信號的干擾信號。從結(jié)構(gòu)形式上看，濾波器有多種類型。

交指型濾波器的使用和研究都較廣泛。所謂交指型濾波器，是指由兩組平行耦合線諧振陣相互交叉組成的結(jié)構(gòu)。它具有良好的帶通濾波器特性；這種濾波器的結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)實。由于每個諧振器間的間隔較大，故公差要求寬松，同時諧振桿的長度在1/4波長附近，第二通帶中心在3ω0上，其間不會有寄生響應(yīng)，阻帶衰減和截止率都較大。

2 理論分析

交指型濾波器既可以采用矩形金屬桿，也可以采用圓形金屬桿，甚至可以使用微帶線的結(jié)構(gòu)形式，同時可以采用集中電容加載的方法減小體積和增加阻帶寬度。

本文研究終端短路式交指型濾波器。在兩個平行的接地板之間，放入兩個交叉的矩形平行耦合線陣，每個矩形桿長約1/4波長，一端開路一端短路，同時在輸入輸出端同樣采用矩形桿耦合。

終端短路式交指型濾波器的節(jié)數(shù) n，可根據(jù)設(shè)計指標(biāo)計算得到，對于終端短路式濾波器，其濾波器節(jié)數(shù)Nf短路是：

假設(shè)低通原型濾波器的截止頻率是1ω′，所需設(shè)計通信頻帶通段濾波器的頻率，通帶的上下邊頻分別是 ω1和 ω2，由低通到帶通的變換公式是：

兩相鄰桿的歸一化單位長互電容為：

單位長自電容和單位長互電容，其實質(zhì)就是平行耦合濾波器的奇模和偶模的導(dǎo)納。

3 設(shè)計結(jié)果

根據(jù)上述的分析，根據(jù)旅伴器的通帶特性和截止率，得到電抗元件的歸一化值，計算J和N的參量，考慮諧振器具有較高的Q值，在諧振器不加截肢的情況下，相鄰線間以振幅相同、向往相反的電壓激勵。同時考慮到工藝制作簡單，建立濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，給出元件模型的幾何數(shù)據(jù)初始值及變化范圍，這一步較關(guān)鍵，因為濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了濾波器的形式，從而也就決定了濾波器的特性。

根據(jù)公式設(shè)計濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸，但該尺寸仿真效果不盡人意。經(jīng)過反復(fù)改變參數(shù)，進(jìn)行計算機(jī)模擬，并經(jīng)過多次試驗，研制的3.2 GHz～3.4 GHz MHz交指型濾波器，達(dá)到了我們預(yù)期的目標(biāo)。濾波器的主要實驗結(jié)果：在通帶內(nèi)，插入損耗小于0.4 dB，中心頻率±40 MHz外為阻帶區(qū)，最小阻帶衰減大于20 dB，中心頻率±200 MHz外最小阻帶衰減大于45 dB。

假如矩形金屬桿不能良好接地，將受外界環(huán)境的干擾較大。為了得到高性能的濾波器，就要保證濾波器良好的微波接地，以及防止空間信號的串?dāng)_，所以我們制作過程中也驗證了這一點。一種改良型的交指型帶通濾波器，即在建立濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型時，在接地孔周圍布了大面積地，保證了濾波器的良好接地，并且隔斷了周圍空間可能的串繞信道，減小了外界干擾對濾波器性能的影響。

4 結(jié)束語

在仿真過程中，普通交指型帶通濾波器和改良型的交指型帶通濾波器，兩種結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果相似，但實驗結(jié)果不同。改良型的交指型帶通濾波器的帶內(nèi)平坦度以及駐波都優(yōu)于普通交指型帶通濾波器，而且在實際電路應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)改良交指型帶通濾波器受外界環(huán)境的干擾小，技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于普通交指型帶通濾波器。

另外，理論分析結(jié)果與我們的實驗結(jié)果有一定的差距。但在器件研制時，從理論上進(jìn)行一些分析是必要的。在計算機(jī)模擬時，選取矩形金屬桿和圓形金屬桿都能實現(xiàn)濾波器的功能，驗證了理論分析的可行性。

1 甘本祓、吳萬春.現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：科學(xué)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