1 引言
梳狀線濾波器是一種重要的微波濾波器。其設計簡單，性能優(yōu)良。由于它采用的諧振器是長度約為中心頻率對應波長的1/4的諧振桿，因此當工作在頻率較低時，每個諧振桿的長度較長，從而導致整個濾波器體積變大。為了解決這一問題，有許多的方法，其中電容加載是重要的一種。所謂電容加載，就是在諧振桿的開路端增加電容效應，使其長度小于1/4波長。文獻[3]中所謂的SIR諧振器，即以減小開路端特性阻抗來減小諧振桿長度的辦法，其實與電容加載有很大的共通之處，只是從不同的角度去理解而已。本文主要采用“電容加載”這一名詞來統(tǒng)稱上述方法。
常見的電容加載方式示于圖1中?？傮w來講都是讓開路端變大。其中(a)為圓桿的情況，(b)為方桿的情況，(c)為方桿的情況，但開路端只在一個方向變大。
對于(a)和(b)來講，加工時，每個諧振桿一般要分開加工，再與腔體連在一起，用螺釘固定，并加以焊接;對于(c)來講，雖可將所有諧振桿加工在一個平面上(如圖2)，再套上蓋子(如圖2)，但要獲得較大的電容效應，其開路端體積大，重量大，抗振動性能會變差。
圖1 幾種常見的電容加載方式
圖2 一種電容加載的梳狀線濾波器
為了解決上述問題，本文提出了一種加工簡便，又兼顧各方面要求的電容加載方式。
2 加工簡便的電容加載梳狀線濾波器
如圖3所示的電容加載梳狀線濾波器，每個諧振器中有三根方柱，其中較長的一根為諧振桿，下端與腔壁連接，開路端朝上;較短的兩根連接在腔壁的另一端，與中間諧振桿的開路端形成電容效應，或者說減小了開路端的特性阻抗，從而使得諧振桿的長度小于1/4波長。
圖3 加工簡便的電容加載梳狀線濾波器
這種結構加工十分方便。所有的方柱都可以在一塊金屬平板上加工出來(即圖3中畫出的部分)，這種加工可以采用線切割，并且可以多塊平板疊在一起同時進行線切割，加工速度很快。切割好后，只要在前后加上蓋子即可。與圖2中相比，這種形式的電容加載可通過調(diào)節(jié)諧振桿旁邊的柱子長度方便地調(diào)節(jié)其加載量，而不會造成加載較多時開路端過大、過重。
3 設計實例
設計一個無線通信用的濾波器。其通帶為1.92～1.98GHz，通帶邊緣一倍帶寬以外的抑制達到-60dB，帶內(nèi)反射低于-20dB。
根據(jù)上述要求，采用6級的濾波器可以實現(xiàn)。限于篇幅，本實例只為驗證上述的電容加載方式的有效性，而對濾波器的其它指標，如插入損耗等暫不考慮。設計過程如下：
首先，用電磁仿真軟件CST對一個單獨的腔體進行仿真。調(diào)整參數(shù)使其諧振在中心頻率1.95GHz處。結構如圖4所示。結果示于圖5中。
從圖5中可以看到，當hc約為17mm時，諧振頻率正好是1.95GHz。
單腔仿真后，進行雙腔仿真，求耦合系數(shù)，以得到兩腔之間的距離。耦合系數(shù)公式如下：
圖4 單腔仿真(單位：mm)
圖5 單腔仿真結果(單位：mm)
其中f1和f2分別是前兩個諧振模式的頻率。由于本濾波器無交叉耦合，因此對k的正負可以不予考慮。通過調(diào)整兩腔間的距離，使算得的k值與參考中查表所得一致即可。具體過程由于篇幅不加詳述。
最后介紹的群時延調(diào)節(jié)法，調(diào)節(jié)同軸線接頭的高度。同時，由于單腔、雙腔等分離調(diào)節(jié)的方式會產(chǎn)生較大的誤差，因此還要用這種群時延的方法對整個濾波器進行綜合調(diào)節(jié)。各個尺寸參數(shù)的最終值、模型立體圖和S參數(shù)曲線分別示于圖6、圖7和圖8中。其中同軸線的尺寸為：外導體直么4.1mm，內(nèi)導體直徑1.3mm，介電常數(shù)2.08。
圖6 濾波器最終尺寸結果，其余尺寸與圖4相同
(單位：mm)
圖7 模型立體圖
圖8 電磁仿真S參數(shù)曲線
4 結論
本文所采用的新型的電容加載方式，其加工十分簡便，又能較好地克服加載較多時開路端過大過重的問題。仿真結果基本達到設計要求，顯示了該方案的可行性。進一步的工作是討論這種加載方式對腔體Q值的影響，以及對濾波器寄生通帶的影響。
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