小型化SIR同軸腔體濾波器的設計

微波帶通濾波器是無線電通信系統(tǒng)中的一類關鍵無源器件。近年來，隨著微波技術的迅速發(fā)展，無線電通信頻率資源日益緊張，這就對濾波器的性能指標提出了更高的要求，因此研究新的高性能微波帶通濾波器具有十分重要的實際意義。而同軸腔濾波器具有功率容量大、體積小、Q值高、易于實現的特點，能夠符合帶內插損小、帶外抑制高的設計要求。λg／4型階躍阻抗變換器(SIR)作為基本諧振單元在不減小無載Q值的情況下，可減小濾波器尺寸，并通過調節(jié)阻抗比來較好地控制雜散頻率。同時采用梳狀線的形式，由于一端的電容加載，進一步縮短了諧振器的尺寸。SIR濾波器在結構和設計上有很大的自由度，通過采用不同類型的傳輸線(同軸、帶狀線、微帶、共平面)或介電材料而使其有很大的應用頻率范圍。

1 基本原理
SIR是由兩個以上具有不用特征阻抗的傳輸線組合而成的橫向電磁場或準橫向電磁場模式的諧振器，包括λg／4型、λg／2型和λg型，都有開路面、短路面和它們之間的阻抗階躍接合面。圖1為λg／4型SIR結構。

傳輸線開路端和短路端之間的特征阻抗和等效電長度分別對應為Z1、θ1和Z2、θ2，輸入端的阻抗和導納分別定義為Zi和Yi。若忽略階躍非連續(xù)性和開路端的邊緣電容，那么Zi的表達式如下

當Yi=0時，可得諧振條件為

由此可得諧振條件取決于θ1、θ2和阻抗率Rz。一般均勻阻抗諧振器(UIR)的諧振條件唯一取決于傳輸線的長度，而對SIR同時要計人長度和阻抗比。因此SIR比UIR多了一個自由度。圖2是同軸SIR的基本結構，內導體的半徑和長度分別為a1、l1和a2、l2，外導體內半徑為6，整個SIR總的電長度可表示為θr，則阻抗比Rz可以表示為

以θ2=θ2-θr代人式(2)并求解，得

為了實現小型化設計，要求0RZ1，0θπ／2。由式(4)可知，當tan2θ1=Rz，這時由此θT取最小值為

上述計算表明，θ1=θ2=θ0是一個特殊條件，并且(θT)min是隨著Rz的減小而減小，對諧振器的長度壓縮就越大。濾波器的雜散頻率由阻抗比由Rz決定。