一种高效设计同轴腔滤波器的方法-硬件和射频工程师.PDF

一种高效设计同轴腔滤波器的方法 丁勇，胡皓全 电子科技大学，成都（610054 ） E-mail: dingyong66@ 摘 要：通过 K 、Qe 值或反射群时延值，用三维电磁场仿真软件设计微波带通滤波器是一 种非常精确快捷的方法，在众多滤波器设计中得到广泛应用。同轴腔滤波器由于具有高 Q 的谐振器，在使用以上方法设计时运算量大、对计算机的配置要求高，限制了它的应用。如 何高效精确的设计同轴腔滤波器，减少调试量，一直是众多滤波器设计工程师追求的目标。 本文介绍了一种高效精确设计同轴腔滤波器的方法。并通过实验验证了这种方法的精确性。 关键词：同轴腔，带通滤波器，反射群时延，K ，Qe 1. 引言 通信技术和雷达技术迅猛的发展，可用频谱越来越拥挤，对滤波器和双工器提出了更严 格的要求。要求滤波器具有带外高抑制度、低损耗、高功率容量的特性，同轴腔带通滤波器 由于具有高品质因素（Q ）、大功率容量以及灵活多变的外形特点得到了广泛的应用。如何 高效、精确的设计这种滤波器成为众多滤波器设计工程师追求的目标。设计带通滤波器的方 法有很多种，通过耦合系数（K ），和外部加载品质因素（Qe ）设计微波带通滤波器是一种 较经典的设计方法。由于这种方法设计步骤简单、设计结果精确，因而得到了广泛的应用。 目前市面上出现了多款商用三维电磁场仿真软件，其中以有限元法（FEM ）为基础的Ansoft 公司的HFSS 、和以有限积分技术（FIT ）为基础的CST 公司的CST Microwave Studio 最具 代表性。通过三维电磁场仿真软件提取滤波器物理模型的K 、Qe 值，使得设计腔体滤波器 的准确性得到了很大提高。但是对于高Q 值的同轴腔滤波器不管是FEM 还是FIT ，运算量 都非常大，对计算机的硬件配置要求很高。仿真时间远远大于其它低 Q 值的腔体滤波器。 为了提高设计的效率和准确度，本文提出了一种高效准确的设计同轴腔滤波器的方法。并在 最后以实验验证了此方法的准确性。 2. 理论 低通—带通—变换器耦合谐振器，这样一个过程是设计微波滤波器的一个很常用的设计 流程。对于窄带和中等带宽滤波器而言，耦合谐振器实现精确的响应有成熟的数学和实践基 础[1] 。一旦谐振腔选定，要产生滤波器的响应仅仅需要确定耦合值。对于在非相邻谐振器间 使用交叉耦合、线性相位和广义切比雪夫响应的滤波器耦合值也可以提取。因此同步调谐谐 振腔获取适当的耦合可以实现大多数的滤波器特性需求，甚至是非常苛刻的指标。 K 、Qe 与低通原型的g 值的关系可以由以下公式表示： g g ω Qe1 0 1 0 （1） ∆ω g g ω Qe2 N N +1 0 （2 ） ∆ω ∆ω K n ,n +1 1 2 n=1,2,… N-1 （3 ） ( ) ω g g + 0 n n 1 其中∆ω、ω 、g 更别为滤波器的带宽、带通滤波器的中心频率、对应的低通原型值。 0 n - 1 - Qe 和K n ,n+1 也可以在三维电磁仿真软件中由谐振器的反射信号S11 的群时延确定。 中心频率处ω ω0 4Qe Γd1 (ω)