单腔四模微波滤波器的分析与设计.pdfVIP

单腔四模微波滤波器的分析与设计 吴锦刚 中国传媒大学信息工程学院，北京（100024 ） E-mail ：jgw15@ 摘 要：本文首先介绍了单腔多模带通滤波器的基本原理，分析了简并模式的选择的基本方 法，在此基础之上，设计、制作了一个单腔四模滤波器，通过调节，，利用HP8753E 矢量 网络分析仪，得到了其测量响应曲线，由此可以证明，该滤波器具有良好的滤波性能。 关键词：带通滤波器，单腔，四模，HP8753E 1. 引言 在现代微波滤波器的设计中，腔体滤波器是一类十分重要的滤波器，它具有高 Q 值， 插损小，大功率容量等优点，因此得到广泛的应用。近年来，人们利用圆柱腔中的正交极化 简并模设计制作的多腔双模带通滤波器达到了很好的指标要求，它与单模带通腔体滤波器相 比较，体积和重量都减小了 50%，因此具有极高的应用价值。为了进一步探讨解决腔体滤 波器的大体积，大重量的问题，人们开发研制了双腔三模滤波器，双腔四模滤波器，本文在 以上工作的基础上，首先系统阐述了多模滤波器的原理，然后根据该理论，设计制做了一个 单腔四模滤波器，通过测试，得到了其滤波特性曲线。 2. 单腔多模滤波器的基本原理 一般说来，最通行的综合设计微波滤波器的方法是：从低通原型电路出发，经频率变换 后，得到各种衰减特性的集总参数元件电路，然后用微波分布参数元件实现之。对于直接耦 合微波带通滤波器，其等效电路如图1 所示： 图1 直线式耦合带通滤波器等效电路 其中，Lrn 和Cn 构成第n 个谐振回路，Ck-1,k （k=1,2,...,n ）是第k-1 个谐振回路和第k 个谐振回路之间的耦合，而C01 和Cn,n-1 分别是输入和第一个谐振回路，以及输出和第n 个 谐振回路之间的耦合。 对于微波谐振腔，它本身就等效为一个谐振回路，如果将 N 个谐振腔依次耦合连接起 来，适当的调整各个谐振腔的谐振频率以及腔体之间的耦合，以及输入、输出与腔体之间的 耦合，则就可以构成符合相应的指标要求的微波腔体带通滤波器。 根据谐振腔理论，谐振腔在满足一定条件时可以存在简并波型[1]，每个波型均等效为一 个谐振回路，这样便可以通过某种装置将各个波型耦合起来，从而来构成单腔体多波型的微 波滤波器，以替代单波型多腔体滤波器，因而得到节省体积、重量及成本的好处，这便是单 腔多模滤波器的基本原理。 -1- 根据简并波型的个数的不同，分别可以构成单腔双模、单腔三模、单腔四模滤波器，如 果再将N 个谐振腔级联起来，并且在腔体之间完成相应波型之间的耦合，则可以构成N 腔 双模、三模、四模滤波器。 3. 简并波型的选择 [2] 对于圆柱形谐振腔，可以利用模式图 ，如图2 所示，确定简并波型的个数以及选取所 需要具体简并波型，需要注意的是，除了TE0np 和TM0np 外，都存在极化简并模。 图2 圆柱型谐振腔的模式图 例如其中的A 点，TM010 和TE111 为简并模，并且由于TM010 无极化简并模，则满 足A 点尺寸的谐振腔中有三个简并模，可以构成单腔三模滤波器。同理，满足B 点尺寸的 谐振腔中有四个简并模，从而可以构成单腔四模滤波器。本文所采用的，正是取得B 点。 4. 电磁场结构分析与滤波器的建模 通过电磁软件的仿真，可得到TE111 与TM110 的电场结构分别入图3、图4 所示： -2- 图3 TE111 模的电场结构