抽頭式交指型帶通濾波器的設(shè)計

穆吉儒，朱擁建，張榮君

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十一研究所，上海 201802；2.復(fù)旦大學(xué)，上海 200433)

抽頭式交指型帶通濾波器的設(shè)計

穆吉儒1，朱擁建1，張榮君2

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十一研究所，上海 201802；2.復(fù)旦大學(xué)，上海 200433)

基于交指型帶通濾波器的設(shè)計原理，選用腔體結(jié)構(gòu)，并采取抽頭式輸入/輸出，利用電磁場仿真軟件，設(shè)計出了一個涵蓋2～12 GHz頻段、帶寬為2 GHz的抽頭式交指型腔體帶通濾波器系列；測試產(chǎn)品的最終結(jié)果證明，效果良好。

抽頭；交指型；腔體濾波器

0 引 言

電子支援措施(ESM)設(shè)備在頻率上的寬開提高了對危險輻射源的截獲概率，與此同時，亦帶來了信號多、流率高而導(dǎo)致分選處理設(shè)備不堪重負(fù)以至無法正常工作的弊端。因而，先進(jìn)的ESM接收機(jī)往往采用超寬頻帶的天饋前端，而在接收分選處理部分則采用頻段時分體制。在這一體制中，一種必不可少的微波器件就是帶外抑制很高(選擇性好)的微波帶通濾波器。

(1) 結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，便于與其它微波電路集成。

(2) 通帶損耗較低。

(3) 由于諧振器長度約等于1/4λ0,故第二通帶中心在3ω0上，其間不會有寄生響應(yīng)，阻帶較寬。

(4) 在ω=0和ω=ω0的偶數(shù)倍上，具有高次衰減極點(diǎn)，因而阻帶衰減和截止率都比較大，選擇性較好。

1 設(shè)計原理與實(shí)例

1.1 原理簡介

令n為低通原型的元件數(shù)目，gk為相應(yīng)元件數(shù)值，相應(yīng)的設(shè)計公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：h為無量綱的比例因數(shù)，可以任意選定，以得到方便的導(dǎo)納水平。

計算每個桿的歸一單位長自電容：

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

式中：ε為介電常數(shù)；εr為相對介電常數(shù)。

計算相鄰桿間的歸一單位長互電容[3-4]：

(13)

(14)

(15)

1.2 具體方法與實(shí)例

關(guān)于這類濾波器的設(shè)計通常是理論粗算、查表近似，并在加工后需要螺釘調(diào)諧，很是費(fèi)時費(fèi)力。本文采用Ansoft公司的Desinger和HFSS微波仿真軟件[5]進(jìn)行建模優(yōu)化分析，同時運(yùn)用一定的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計準(zhǔn)確性，設(shè)計出不用螺釘調(diào)諧而性能良好的抽頭式交指型腔體帶通濾波器[6]。

本文設(shè)計的系列帶通濾波器的頻率范圍為2～12 GHz，分成5個濾波器，每個帶寬2 GHz。帶內(nèi)插損≤1.0 dB，帶內(nèi)駐波比≤2.0，帶外抑制在fc±1 GHz處衰減≥60 dB。

1.2.1 在Designer中設(shè)計

以6～8 GHz為例，根據(jù)預(yù)設(shè)計的抽頭式交指型腔體帶通濾波器的技術(shù)指標(biāo)，在Designer中插入濾波器設(shè)計項目如圖2所示。

得到抽頭式交指型腔體帶通濾波器的尺寸初值如圖3所示。

1.2.2 在HFSS 9.2中仿真

利用Designer中設(shè)計的抽頭式交指型腔體帶通濾波器的尺寸初值，在HFSS 中建立模型如圖4所示。

經(jīng)過調(diào)節(jié)(有必要也可進(jìn)行優(yōu)化)，仿真分析得到結(jié)果如圖5所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

投圖、加工得抽頭式交指型腔體帶通濾波器產(chǎn)品如圖6所示，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試其性能曲線如圖7所示。對比結(jié)果表明，其電參數(shù)與仿真設(shè)計吻合，且全部滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

對于中心頻率不一樣，其它指標(biāo)都類似的其它抽頭式交指型帶通濾波器，也使用該方法設(shè)計。并且只需在該濾波器的基礎(chǔ)上，調(diào)整諧振器桿的長度(減小諧振桿的長度，中心頻率上偏，增加諧振桿的長度，中心頻率下偏)即可。實(shí)測曲線如圖8～圖11所示。

3 結(jié)束語

本文主要介紹了一種設(shè)計抽頭式交指型腔體帶通濾波器的方法，實(shí)測結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好。最終完成的濾波器的帶內(nèi)插損小，頻率選擇特性好，過渡帶陡峭。

[1] MATTHAEI G L,YOUNG L,JONES E M T.Microwavefilters,impedance-matching networKs,and coupling structures[M].New York:McGraw-Hill,1964.

[2] 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，1974.

[3] CRISTAL E G.Tapped-line coupled transmission lines with applications to interdigital and combline filters,IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,1975,MTT-23(12):1007-1012.

DesignofInterdigitalBand-passFiltersbyTapped-lineInput

MU Ji-ru1,ZHU Yong-jian1,ZHANG Rong-jun2

(1.The 51st Research Institute of CETC,Shanghai 201802，China;2.Fudan University,Shanghai 200433,China)

On the base of the design theory of interdigital bandpass filters,this paper uses electromagnetic field simulation software to design the interdigital band-pass filter series with cavity structure by tapped-line input,and the frequency band is 2～12 GHz & bandwidth is 2 GHz.The final result of production test proves that the effect is well.

tapped-line input;interdigital;cavity filter

2017-07-18

國家自然科學(xué)基金資助項目，項目編號：11174058

TN713

A

CN32-1413(2017)06-0100-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.06.023