1 引言
濾波器是通訊系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)和電子對抗系統(tǒng)等不可缺少的重要部件。其性能的優(yōu)劣往往會直接影響整個系統(tǒng)的質量。近年來隨著微波、毫米波技術的迅速發(fā)展，這類器件在微波、毫米波通信、微波導航、制導、遙測遙控、衛(wèi)星通信以及軍事電子對抗領域的需求量不斷增大。特別是由于無線電通信頻譜資源的日益緊張，分配到各類通信系統(tǒng)的頻率間隔越來越密，這對無源器件，尤其是微波、毫米波收發(fā)機中前端無源器件的性能指標提出了更高的要求。體積小、性能高、成本低、加工簡單且更易于大量生產(chǎn)是現(xiàn)在濾波器發(fā)展的趨勢。湊型波導濾波器是微波技術領域的一個經(jīng)典而又活躍的研究課題。Vlad和John Ness在2003年報告了一種采用高度減小的緊湊型波導濾波器。Rauscher也報告了一種采用介質填充和脊波導加載的緊湊型波導濾波器。本文將介紹一種采用頻率選擇膜片和電容柱子構成的緊湊型濾波器。
2 凹型FSS和電容柱子加載濾的結構與設計
2005年Monorchio, A.; Manara, G報道了一種直接采用頻率選擇膜片構成的波導濾波器。工字型和其他形勢的FSS結構在濾波器中也有采用。本文圖1給出了一個6腔的FSS和電容柱子加載濾波器的結構示意圖。該濾波器由7個凹型FSS和6個金屬凸臺組合而成。從左到右看柱子的長度與高度依次是lp1~lp6和h1～h6;凹型FSS膜片縫隙的寬度依次是w1~w7;整個金屬柱子的寬度為24.2mm，每個長度為li的單元中包括一個電容加載金屬柱和兩個凹型FSS。
圖1 濾波器的結構示意圖
圖2 凹型膜片的結構
作為例子，我們將設計指標規(guī)定為：濾波器的中心頻率為7.8GHz，帶寬為600MHz，通帶內的駐波比小于1.25。通帶外600MHz處抑制為45dB。根據(jù)技術指標由參考文獻[6]采用切比雪夫型，計算得到該濾波器的階數(shù)n = 6 ，其低通原型數(shù)值，g0=1, g1=0.9958, g2=1.4131, g3=1.8950, g4=1.5505, g5=1.7272, g6=0.8147, g7=1.2222。按照以上結構，我們用CST計算模擬出了一個常規(guī)的波導濾波器和凹型FSS與電容柱子加載的濾波器，其參數(shù)如表一所示。
從表中可以看出，采用FSS與電容柱子加載后結構更加緊湊，長度減少了47.8%。
另外在只改變(b-b1)值和金屬柱高度h的情況下，利用CST計算仿真得到3種不同情況的濾波器。它們的S參數(shù)圖如下圖3所示。從圖3中我們可以看出，在凹型FSS與金屬柱子組成的電容加載濾波器中，隨著凹型槽的高度b-b1值的增加，濾波器在通帶內的S參數(shù)曲線改變很少，但是在通帶外的抑制卻逐漸變陡峭且抑制更深。在b-b1=2時可以達到-190dB。
表1 模擬得到的一個常規(guī)濾波器和
FSS與電容柱子加載濾波器尺寸參數(shù)
圖3 濾波器S參數(shù)仿真結果比較
3 濾波器的實現(xiàn)與測試結果
圖4為按照表1的參數(shù)，在b-b1=1時設計加工的實物圖。兩端采用法蘭盤聯(lián)接，中間采用一排螺釘調節(jié)諧振和耦合。
圖4 濾波器實物圖
下面的圖5為實際測試得到的S參數(shù)曲線圖。
圖5 實際測試的S曲線
4 結論
從模擬和實際加工的一款FSS和電容柱子加載的腔體濾波器可以看出，其結構緊湊。從測試的S參數(shù)圖上可以看到包括聯(lián)接兩端法蘭盤的同軸波導轉接器時曲線的插損小于0.25dB。測試結果與仿真結果相吻合。這樣就提供了一款結構簡單、加工容易、性能良好的濾波器。
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