微波滤波器技术研究

吴文信

摘要：随着无线通信的快速发展和频率资源的日益短缺，用于分离有用和无用信号的微波滤波器已经成为通信系统中的重要组成部分。它们的性能直接影响整个通信系统的质量。目前，微波滤波器已广泛应用于微波、毫米波通信、微波导航、制导、遥测遥控、卫星通信、军事电子对抗等领域，对微波滤波器的要求越来越高。

关键词：微波滤波器；微波技术；技术研究

中图分类号：T964 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）20-0368-01

1 微波滤波器技术

通常，微波滤波器中使用的电路主要是分布参数电路以及总参数和总参数收集电路。该结构主要使用波导和微波传输线作为主体。如有必要，它也可以直接用于金属或电介质谐振器。此外，准光学和光学滤波器采用的结构在特殊情况下也可用于毫米波频率。上述结构可以表现为宽带或窄带滤波器。此外，滤波器结构在确定功率容量（如温升和击穿强度）方面起着决定性作用。一般来说，只有金属波导结构能够承受高功率。微波滤波器有许多主要技术指标，一般分为两大内容，即设计指标和结构指标。设计指标主要包括滤波器完成单位时间、带宽、带外和带内衰减以及时延特性等周期性变化的次数。结构指标主要包括功率容量、机械强度、机械稳定性和温度稳定性。

目前，设计微波滤波器的方法有很多，如精确合成法、计算机辅助设计法和近似合成法。近似合成方法包括以下步骤：首先，根据滤波器在单位时间内完成周期性变化的预期次数合成低通原型，然后估计微波高通、低通或带阻滤波器，最后设计合适的滤波器结构。其中，滤波器特性和结构的差异将影响近似变换的选择。

2 微波滤波器的发展现状

从微波滤波器的发展来看，大多数专家和学者已经做出了巨大的努力。早在上世纪初期，著名的科学家瓦格纳最先创造了“瓦格纳滤波器”设计法，紧接着作为美国科学家之一的 G.A.Canbell 创造了以“图像参数法”为核心的设计滤波器的方法。直到1917年，德国和美国的科学家都发明了LC滤波器。1918年，第一个多路复用系统首次在美国生产。自那以后，对过滤器的研究越来越多，大多数国内外科学家已经逐渐投资于过滤器技术的研究。直到1937年，当代滤波器合成方法的著名创始人w·考勒在广泛使用函数最佳逼近法的基础上，设计了一种名叫Chebyshev的滤波器。20世纪40年代，经过30多年的发展，一种非常精确的现代过滤器设计方法很快被创造出来。该设计方法的具体步骤如下：首先，确定满足相关要求的传递函数；其次，通过分析传递函数，估计信号波在单位时间内周期性变化的次数，并根据估计的次数综合设计滤波电路。用这种方法设计的滤波器具有效率高、精度高的优点。其原理已经成为其他滤波器设计方法的重要基础。20世纪50年代，一种新型滤波器——无源滤波器被迅速生产和发展。在计算机网络技术、工业材料和集成技术的支持下，过滤器设计进入了一个新的阶段。随着单位时间内信号波周期变化数量的不断增加，现代社会中使用的微波滤波器的深度和广度迅速扩展。

3 微波滤波器的应用

现代无线电系统，包括微波卫星通信、中继通信、电子对抗、雷达等，正在迅速发展。滤波器的性能直接影响整个系统的性能。因此，微波滤波器一直在不断更新和发展。为了满足各种应用环境的需要，出现了许多不同类型的微波滤波器。

3.1 微带线滤波器

微带线滤波器因其易于与其他电路集成以及便于平面绘制和制版而被广泛应用于射频和微波电路中。它具有体积小、易于加工的特点，可以使用不同的基材来改变频率范围。

半波长并联耦合微带带通滤波器广泛应用于微波集成电路中。其优点是结构紧凑，第二寄生通带中心频率是主通带中心频率的3倍，适用频率范围大，相对带宽可达20。它的缺点是在一个方向上插入损耗大，滤波器占用空间大。发夹型滤波器结构是通过并排布置和耦合发夹型谐振器而形成的，结构更紧凑。其信号输入输出模式可采用并联耦合型或分接型。其他类型的微带滤波器包括叉指滤波器和微带椭圆函数滤波器等。

3.2 波导滤波器

波导滤波器是一种无源滤波器，被广泛应用，尤其是在大功率和高频天线馈电系统中。波导滤波器是一种频率选择电路，适用于大功率系统，性能良好，易于与波导天线的馈电装置连接。波导滤波器的主要功能是在插入损耗和帶内纹波较小的前提下，提供足够的阻带选择性和带外抑制。其应用范围约为8 - 100 GHz。波导带通滤波器也用于许多微波多路复用器中，但是其最大的缺点是在同一频率滤波器中波导滤波器的尺寸明显更大。随着微波技术的发展和天线系统的复杂性，对波导滤波器的需求也在增加。它需要更好的性能和尺寸，需要研究人员不断改进和提高。

3.3 腔体滤波器

空腔滤波器在通信系统中的应用与波导滤波器一样广泛。它的特点是插入损耗低，一般小于1db，阻带抑制高，调谐方便，同时承载能力相对较大。其中同轴腔具有电磁屏蔽、高q值、低损耗等特点。与波导滤波器相比，它具有体积小、重量轻的优点，但是当它在10g Hz以上使用时，由于物理尺寸的微笑，制造精度非常高，并且相对难以实现。同轴腔形式的带通滤波器通常分为标准同轴腔、方形腔同轴等。

3.4 同轴腔体滤波器

与波导滤波器一样，同轴腔滤波器也广泛用于通信系统中。它们的特点是插入损耗低，一般小于1db，阻带抑制高，调谐方便，以及相对较大的耐受功率。具有电磁屏蔽、高q值、低损耗等特点。与波导滤波器相比，它具有体积小、重量轻的优点，但是当它在10g Hz以上使用时，由于其太小的物理尺寸和高的制造精度，很难实现。

4 结束语

随着信息技术的飞速发展，过滤器越来越受到人们的关注。滤波器的目的是分离和选择信号波在单位时间内周期性变化的次数。因此，可以看出，滤波器的性能直接关系到通信系统的质量。因此，相关企业应该加强微波滤波器技术的研究和应用，从而为通信系统的完善奠定基础。微波滤波器向高频化、集成化和小型化发展是必然趋势。为了适应迅速发展的通信领域，设计者已经取得了进展，改进了各种滤波器的结构，扩大了它们的工作频率和相对带宽，并降低了制造滤波器的成本。

参考文献

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