抽头式交指型带通滤波器的设计

穆吉儒，朱拥建，张荣君

(1.中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海 201802；2.复旦大学，上海 200433)

抽头式交指型带通滤波器的设计

穆吉儒1，朱拥建1，张荣君2

(1.中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海 201802；2.复旦大学，上海 200433)

基于交指型带通滤波器的设计原理，选用腔体结构，并采取抽头式输入/输出，利用电磁场仿真软件，设计出了一个涵盖2～12 GHz频段、带宽为2 GHz的抽头式交指型腔体带通滤波器系列；测试产品的最终结果证明，效果良好。

抽头；交指型；腔体滤波器

0 引 言

电子支援措施(ESM)设备在频率上的宽开提高了对危险辐射源的截获概率，与此同时，亦带来了信号多、流率高而导致分选处理设备不堪重负以至无法正常工作的弊端。因而，先进的ESM接收机往往采用超宽频带的天馈前端，而在接收分选处理部分则采用频段时分体制。在这一体制中，一种必不可少的微波器件就是带外抑制很高(选择性好)的微波带通滤波器。

(1) 结构紧凑、可靠，便于与其它微波电路集成。

(2) 通带损耗较低。

(3) 由于谐振器长度约等于1/4λ0,故第二通带中心在3ω0上，其间不会有寄生响应，阻带较宽。

(4) 在ω=0和ω=ω0的偶数倍上，具有高次衰减极点，因而阻带衰减和截止率都比较大，选择性较好。

1 设计原理与实例

1.1 原理简介

令n为低通原型的元件数目，gk为相应元件数值，相应的设计公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：h为无量纲的比例因数，可以任意选定，以得到方便的导纳水平。

计算每个杆的归一单位长自电容：

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

式中：ε为介电常数；εr为相对介电常数。

计算相邻杆间的归一单位长互电容[3-4]：

(13)

(14)

(15)

1.2 具体方法与实例

关于这类滤波器的设计通常是理论粗算、查表近似，并在加工后需要螺钉调谐，很是费时费力。本文采用Ansoft公司的Desinger和HFSS微波仿真软件[5]进行建模优化分析，同时运用一定的设计经验，提高设计准确性，设计出不用螺钉调谐而性能良好的抽头式交指型腔体带通滤波器[6]。

本文设计的系列带通滤波器的频率范围为2～12 GHz，分成5个滤波器，每个带宽2 GHz。带内插损≤1.0 dB，带内驻波比≤2.0，带外抑制在fc±1 GHz处衰减≥60 dB。

1.2.1 在Designer中设计

以6～8 GHz为例，根据预设计的抽头式交指型腔体带通滤波器的技术指标，在Designer中插入滤波器设计项目如图2所示。

得到抽头式交指型腔体带通滤波器的尺寸初值如图3所示。

1.2.2 在HFSS 9.2中仿真

利用Designer中设计的抽头式交指型腔体带通滤波器的尺寸初值，在HFSS 中建立模型如图4所示。

经过调节(有必要也可进行优化)，仿真分析得到结果如图5所示。

2 实验结果与分析

投图、加工得抽头式交指型腔体带通滤波器产品如图6所示，用网络分析仪测试其性能曲线如图7所示。对比结果表明，其电参数与仿真设计吻合，且全部满足技术指标要求。

对于中心频率不一样，其它指标都类似的其它抽头式交指型带通滤波器，也使用该方法设计。并且只需在该滤波器的基础上，调整谐振器杆的长度(减小谐振杆的长度，中心频率上偏，增加谐振杆的长度，中心频率下偏)即可。实测曲线如图8～图11所示。

3 结束语

本文主要介绍了一种设计抽头式交指型腔体带通滤波器的方法，实测结果与仿真结果吻合较好。最终完成的滤波器的带内插损小，频率选择特性好，过渡带陡峭。

[1] MATTHAEI G L,YOUNG L,JONES E M T.Microwavefilters,impedance-matching networKs,and coupling structures[M].New York:McGraw-Hill,1964.

[2] 甘本祓，吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].北京：科学出版社，1974.

[3] CRISTAL E G.Tapped-line coupled transmission lines with applications to interdigital and combline filters,IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,1975,MTT-23(12):1007-1012.

DesignofInterdigitalBand-passFiltersbyTapped-lineInput

MU Ji-ru1,ZHU Yong-jian1,ZHANG Rong-jun2

(1.The 51st Research Institute of CETC,Shanghai 201802，China;2.Fudan University,Shanghai 200433,China)

On the base of the design theory of interdigital bandpass filters,this paper uses electromagnetic field simulation software to design the interdigital band-pass filter series with cavity structure by tapped-line input,and the frequency band is 2～12 GHz & bandwidth is 2 GHz.The final result of production test proves that the effect is well.

tapped-line input;interdigital;cavity filter

2017-07-18

国家自然科学基金资助项目，项目编号：11174058

TN713

A

CN32-1413(2017)06-0100-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.06.023