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螺旋滤波器的设计与应用

螺旋滤波器是因为采用螺旋谐振器来实现耦合谐振器滤波器

中的并联谐振回路而得名的。因此，其特点与螺旋谐振器的特点是分

不开的。

螺旋谐振器的主要特点是：体积小，无载Q值高，加工容易。

因此螺旋滤波器的特点就是：能实现较窄的相对带宽

（0.1－20％），低插损（＜1dB），小型化，制作容易，易于实现较复

杂的滤波器电路从而获得高的选择性。这些特点在100－800M范围

内尤为突出。

一、螺旋谐振器

1．螺旋谐振器的结构和基本原理

螺旋谐振器类似一个1/4波长的同轴线谐振器。不同的就是螺

旋谐振器的内导体呈螺旋管形，其结构如图1，而同轴的是直的。

在同轴线传输中,电磁波相速VΦ等于光速c，即VΦ=c,而在螺旋

形谐振器中行波必须依次沿螺旋管的各圈前进,它仅在螺旋导体方向

以光速前进,因而沿螺旋管轴线方向上传播的速度就大大降低了。因

此，与螺旋管本身长度b相比，绕制螺旋管的导线lH越长，则匝数N

越大，沿螺旋管的轴线方向上传播的速度降低也越多。

行波沿螺旋管轴方向传播的相速可以由下式给出：

VΦ＝c×b/lH=c×b/(d×N)

式中c――光速b――螺旋管长度

lH－－绕制螺旋管的导线的长度d――螺旋线直径

N――螺旋线圈数

例如lH＝500cm，b＝10cm，则VΦ＝c/50,即相速减小了50倍。当频

率f已知时，其传输线中的波长由下式给出λc=VΦ/f。

由此可知，传输线中的波长正比于相速，因此相速的降低等效

于波长的缩短，所以采用具有螺旋内导体的1/4波长短路同轴线作谐

振器制作的滤波器，其体积可大大减小。

螺旋谐振器基本上还属于同轴谐振腔。由于电场，磁场全部被

金属表面限制在腔内，故没有辐射损耗。若选用介质损耗很小的材料

（如聚四氟乙烯）作骨架，或不用骨架，则介质损耗也很小。同时，

由于高频电流的趋肤效应，谐振器中流过高频电流的金属表面是扩展

开了的，加之腔壁镀银，导线选择合适，则金属损耗也很小。因此，

螺旋谐振器的品质因数很高，约在1000左右。

2．螺旋谐振器的设计公式及步骤：

螺旋谐振器的设计原则是：在满足电参量要求的同时，尽可

能获得最大地无载Q值。

螺旋谐振器的外导体，又称为屏蔽盒，截面为圆形的称为圆

腔形，为方形的称为方腔形，见图1。

两种腔形的设计公式见表1：

式中，结构参量定义如下：

D――屏蔽盒内壁直径（mm)

S――方腔边长（mm)

d――螺旋管平均直径（mm)

H――屏蔽盒内部高度（mm)

b――螺旋管长度（mm)

Φ0――绕制螺旋管地导线直径（mm)

τ――螺距（mm)

N――螺旋管总匝数(匝)

n0――单位长度上地匝数(匝/mm)

Zc――特性阻抗

表1：螺旋谐振腔设计公式汇总

圆腔形方腔形

d/D=0.55d/S=0.66

b=1.5db/d=1.5

Q0=1.98Dfo