一種基于階躍阻抗波導(dǎo)帶通濾波器的設(shè)計(jì)

摘要：利用階躍阻抗諧振器(SIR)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)波導(dǎo)帶通濾波器。該方法減小體積，又可以將雜散諧振頻率向高端推移，從而增加阻帶寬度，使得結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)獲得很大的自由。最后，利用電磁場仿真軟件對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化仿真，并實(shí)際制作一個(gè)中心頻率為780 MHz(通帶差損小于0．7 dB)的SIR帶通濾波器。實(shí)測結(jié)果和仿真結(jié)果吻合良好，達(dá)到預(yù)計(jì)指標(biāo)參數(shù)。該濾波器具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單易于加工等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：躍阻抗諧振器(SIR)；波導(dǎo)；帶通濾波器；壓縮體積

微波帶通濾波器作為無線電通信和雷達(dá)系統(tǒng)中的關(guān)鍵無源器件，目前被廣泛的研究。現(xiàn)在應(yīng)用非常普遍的有波導(dǎo)濾波器、同軸濾波器、帶狀線濾波器和微帶濾波器等等。帶狀線濾波器具有小的尺寸、通過光刻技術(shù)易于加工、與其它有源電路元件易于集成等優(yōu)點(diǎn)，在射頻和微波電路中常被使用。但是，當(dāng)要求濾波器能夠承受高功率、低插損、高抑制、窄帶寬時(shí)，腔體濾波器是最好的選擇。但腔體濾波器件最大缺
點(diǎn)是——尺寸明顯比其他可應(yīng)用在微波波段的濾波器大。因此緊湊型波導(dǎo)濾波器就成為微波技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)經(jīng)典而又十分活躍的研究課題。
M．Makimoto和S．Yamashita證實(shí)：SIR在不減小無載Q值的情況下可縮短諧振器的長度。作者正是利用階躍阻抗諧振器(SIR)原理，實(shí)現(xiàn)腔體帶通濾波器體積的壓縮，并且雜散諧振頻率被移開。

1 階躍阻抗諧振器的原理
所謂階躍阻抗諧振器(SIR)，是指由2個(gè)以上具有不同特征阻抗的傳輸線組合而成的橫向電磁場或準(zhǔn)橫向電磁場模式的諧振器。SIR的3種基本結(jié)構(gòu)，如圖1(a)、(b)和(c)所示，它們分別對應(yīng)的是lg／4型、lg／2型和lg型?；镜腟IR結(jié)構(gòu)的共同單元是，都包括開路端、短路端和它們之間的阻抗階躍結(jié)合面。他們分別看成由1個(gè)、2個(gè)和4個(gè)這樣的基本單元所組成。在圖2所示的SIR基本單元結(jié)構(gòu)中，傳輸線短路端和開路端之間的特征阻抗和等效電長度分別對應(yīng)為Z1、Z2和q1、q2。首先定義阻抗比Rz=Z2／Z1，隨后，通過Rz系統(tǒng)的討論了SIR的一些基本特性，比如：諧振條件、諧振器長度、雜散諧振頻率以及等效電路。

1．1 諧振條件
Z2-Z1tanq1tanq2=0 (1)
可以看出，SIR的諧振條件取決于q1、q2和阻抗比Rz，與均勻阻抗諧振器(UIR)的諧振條件相比，SIR設(shè)計(jì)的自由度將變大。
1．2 諧振器長度
SIR開路端與短路端之間的總電長度為qTA，即


由推導(dǎo)可知，q1=q2是一個(gè)特殊條件，它給出了SIR的極大或極小的長度，以后的設(shè)計(jì)都主要基于這一條件。由此可知，理論上可以用過采用較小的Rz值來無限地縮短SIR諧振器的長度，但是SIR長度被限定于對應(yīng)UIR長度的兩倍。