金屬同軸腔濾波器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

金屬同軸腔濾波器設(shè)計(jì)摘要近年來，隨著移動(dòng)通信、導(dǎo)航技術(shù)和電子對抗的快速發(fā)展，對現(xiàn)有微波元器件的需求和性能的改進(jìn)都提出了很高的要求。同軸腔體帶通濾波器作為微波帶通濾波器中應(yīng)用最廣的一種濾波器，具有功率容量大、插入損耗低、寄生通帶遠(yuǎn)等特點(diǎn)，在現(xiàn)代無線通信、數(shù)字電視廣播、衛(wèi)星導(dǎo)航、遙測遙感和雷達(dá)等系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文對同軸腔體帶通濾波器做了詳細(xì)的分析，分析討論了同軸諧振腔的電磁特性，主要包括諧振頻率、諧振腔的耦合結(jié)構(gòu)和外部品質(zhì)因數(shù)等。利用響應(yīng)函數(shù)得到腔體之間的耦合系數(shù)。應(yīng)用三維全波仿真軟件，分析了腔體結(jié)構(gòu)參數(shù)與耦合系數(shù)和耦合窗的關(guān)系。最后論文給出了同軸腔濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例，測試結(jié)果性能良好，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。關(guān)鍵詞：微波濾波器帶通濾波器同軸諧振腔全波仿真分析ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofmobilecommunicationsystem,thequalityofmicrowavecomponentsisbecomingmoreandmoreimportantAsamicrowaveband-passfilterpaxialcavityfilteriswidelyappliedinmodernwirelesscommunicationandradarsystems,fpowercapacity,lowinsertionlossandfarspuriouspass-band.Basedontheresearchofcoaxialfilteztjieelectromagnetipropertieofcoaxialcavityresonatorareproposedinthepaper,includingresonantfrequency,couplingstrueturandexternalQofthecavities.Thecouplingcoefficientoffiltercanbegettingbyutilfunction.Thewidthofcouplingwindowsandin-put/out-putcouplinglinesareacquirewavesimulatiolandoptimizatioiAtlastacoaxialcavityfiltersdesignedandmeasured,whichhasperfectperformancesandissatisfiedwiththetechnicalspecifications.KeyWords:microwavefilteband-passfilteroaxialresonatefullwavesimulation目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"—緒論 11.1前言 1\o"CurrentDocument"1.2常見的濾波器形式 1\o"CurrentDocument"1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3\o"CurrentDocument"二濾波器的基本概念 5\o"CurrentDocument"2.1濾波函數(shù) 5\o"CurrentDocument"2.2微波濾波器參數(shù) 7\o"CurrentDocument"2.3低通濾波器到帶通濾波器的轉(zhuǎn)換 7\o"CurrentDocument"三同軸腔帶通濾波器的設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"3.1濾波器的設(shè)計(jì)步驟 8\o"CurrentDocument"3.2濾波器的設(shè)計(jì)方法 8前言 8\o"CurrentDocument"3.2.2設(shè)計(jì)指標(biāo) 9\o"CurrentDocument"3.2.3參數(shù)計(jì)算 9\o"CurrentDocument"3.3仿真與測試 10仿真 10\o"CurrentDocument"3.3.2實(shí)物加工與測試 13\o"CurrentDocument"總結(jié) 14\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 16—緒論1.1前言隨著通信、廣播、雷達(dá)、測量、遙感、空間技術(shù)和電子對抗技術(shù)等的逐步發(fā)展，從米波段一直到毫米波段以至更廣闊的波段上，微波濾波器在雷達(dá)、信號處理、通信等不同電路系統(tǒng)的傳輸、變換處理和收發(fā)中有廣泛應(yīng)用［1］隨著導(dǎo)航技術(shù)和移動(dòng)通信電子對抗的快速發(fā)展，同時(shí)對改善現(xiàn)有器件的性能和對未開發(fā)的微波元器件提出更高更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男枨笫潜匾?。尤其是在無線電通信頻率資源日益緊張的今天，不同通信系統(tǒng)能夠獲得的頻率范圍越來越窄，從而使得對于無源器件，尤其是那些前端使用毫米波、微波收發(fā)信機(jī)的器件的性能優(yōu)劣提出了更高層次的要求，為的是前端系統(tǒng)降低對信號的衰減，使不同的干擾信號得到抑制。另外，由于新工藝、新材料的逐步發(fā)展，以及迅速發(fā)展的半導(dǎo)體先進(jìn)技術(shù)，新的RF模塊不斷不出現(xiàn)，使得研制毫米波、微波RF有源電路的周期漸漸縮短，且高度集成、小體積的電路正在逐步發(fā)展［2］因此，研制小體積、高性能的無源器件，減少設(shè)計(jì)無源器件的周期，是目前毫米波、微波通信等相關(guān)領(lǐng)域的重要步驟之一。1915年，在德國，K.W.Wagner創(chuàng)新發(fā)明了一種以新的濾波器設(shè)計(jì)方法--“瓦特納濾波器”與此同時(shí)，在美國，G.A.Canbe則開創(chuàng)了另一種知名的設(shè)計(jì)方法一圖像參數(shù)法。間隔兩年，LC濾波器在兩國分別由兩位科學(xué)家發(fā)明出來，1918年第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)在美國問世，自此以后科研人員便開始積系統(tǒng)而全面的對使用集總元件電容和電感的濾波器進(jìn)行理論研究。隨著濾波器的設(shè)計(jì)理論不斷的深入研究、材料領(lǐng)域的不斷發(fā)展以及工作頻率的日益升高，使得由原先的集總參數(shù)元件濾波器的設(shè)計(jì)逐漸擴(kuò)展到分布參數(shù)元件濾波器的設(shè)計(jì)［3］1939年，P.D.Richtmey報(bào)道了介電濾波器，因?yàn)楫?dāng)時(shí)材質(zhì)的溫度穩(wěn)定性不夠高這樣就導(dǎo)致該種濾波器不足以應(yīng)用于實(shí)際，直到1970年左右，因?yàn)樘沾刹牧嫌休^快的發(fā)展，介電濾波器在實(shí)際中應(yīng)用也隨即得到了較快的發(fā)展。目前，20世紀(jì)年代出現(xiàn)的高溫度臨界超導(dǎo)材料，被認(rèn)為很大可能應(yīng)用于設(shè)計(jì)出極小尺寸和極低損耗的新穎濾波器，并且現(xiàn)在已經(jīng)在商業(yè)和軍事領(lǐng)域使用［4］1.2常見的濾波器形式在現(xiàn)代無線電系統(tǒng)中，包括各種移動(dòng)通信、電子對抗、雷達(dá)系統(tǒng)等的發(fā)展同時(shí)促進(jìn)了微波器件的發(fā)展。其中微波濾波器是現(xiàn)代毫米波、微波通信技術(shù)中一個(gè)極其重要的部分⑸,是毫米波、微波系統(tǒng)中不可缺少的器件，其性能的優(yōu)劣往往會直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量。近年來，隨著濾波器結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展與更新，因?yàn)閼?yīng)用環(huán)境的不同，伴隨出現(xiàn)了各種不同結(jié)構(gòu)的濾波器。1）集總參數(shù)濾波器根據(jù)濾波器原型電路，最簡單，最直接的結(jié)構(gòu)是采用集總參數(shù)的電感、電容元件直接搭建濾波器電路，可以采用分立元件，也可以采用集成電路。集總參數(shù)濾波器的元件Q值較低⑹，在10GHz頻段的Q值大約為100-200,這比較適合于低頻信號的濾波。由于現(xiàn)代移動(dòng)通訊頻率都比較高，所以很少采用這類濾波器。2） 微帶線、帶狀線濾波器眾所周知，布參數(shù)傳輸線可以等效為電感或電容,因此選用合理尺寸的傳輸線組合,可以構(gòu)成濾波器電路,最為常用的是微帶線和帶狀線結(jié)構(gòu)，可以很方便地制成印制板，造成本低廉珂在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，主要有三種方式：梳狀線、線、卡線。這類濾波器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，阻帶寬、容易制造；缺點(diǎn)是，Q值低（10GHz時(shí)Q值為150-200）,插入損耗大，濾波特性一般。適用于小功率濾波場合。一些小功率，指標(biāo)要求低的的干線放大器中，有使用。3） 同軸腔體濾波器腔體濾波器因其通帶插入損耗低、阻帶抑制性高、承受較大功率、調(diào)諧方便等特點(diǎn)在通信系統(tǒng)中也應(yīng)用廣泛鞏其中同軸腔體具有高Q值、損耗特性、電磁屏蔽和小尺寸等優(yōu)異特點(diǎn)，但是如果在10GHz以上使用時(shí)，由于其物理尺寸很微小，所以制作精度很難達(dá)到。同軸腔形式的帶通濾波器廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信等系統(tǒng)，按照腔體結(jié)構(gòu)不同，一般分為標(biāo)準(zhǔn)同軸腔、方腔同軸等。4） 波導(dǎo)濾波器波導(dǎo)型濾波器是一種經(jīng)常使用的無源微波濾波器，特別是在高頻段、大功率的天線饋電系統(tǒng)中波導(dǎo)型濾波器能夠發(fā)揮巨大的作用。波導(dǎo)腔體帶通濾波器本質(zhì)是一種選擇頻率電路，應(yīng)用在雷達(dá)、電子戰(zhàn)、通信等設(shè)備的微波設(shè)備中，它易于連接饋電裝置，適合應(yīng)用于較高功率的情況下，并且具有良好的性能。在信號的電平較小時(shí)，它一般都是用在8GHz到100GHz的范圍內(nèi)鞏這種濾波器的主要功能應(yīng)用是在通頻帶插入損耗和失真較小的情況下，使阻帶的選擇性能夠得到足夠的提供。比如說，在使用微波接收機(jī)時(shí)，不需要的帶外信號被帶通濾波器濾除掉，為了使前段噪聲的特性得到保持；在使用微波發(fā)射機(jī)時(shí)，不需要的頻率譜被濾波器減小，使得發(fā)射機(jī)的噪聲不能傳遞到接收機(jī)。在不同的微波多工器上此種濾波器也得到應(yīng)用，但是它最大的缺點(diǎn)是其尺寸大小顯然比其他可應(yīng)用在微波段的諧振器大。隨著微波技術(shù)的迅猛發(fā)展，天線系統(tǒng)日趨復(fù)雜，對波導(dǎo)型濾波器的需求更大，范圍更廣，同時(shí)也對其性能提出更高要求。5） 介質(zhì)濾波器介質(zhì)濾波器分為兩種，一種TEM模式，它和傳輸線型濾波器原理相同，只不過尺寸更小，在400NHz-5GHz頻率范圍內(nèi)的Q值為200-800,其插入損耗比較大，濾波特性也比較差，—般只在性能要求低的中頻濾波中采用；另一種為TE015模介質(zhì)濾波器，其Q值非常高，10GHz的Q值可以達(dá)到10000以上，900MHz時(shí)的Q值約為22000。這種濾波器兼有小尺寸和低損耗的特點(diǎn)［10］直到現(xiàn)在，TE015模介質(zhì)濾波器仍然是國際學(xué)術(shù)界研究非?；钴S的課題，并且已經(jīng)在衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊中獲得了成功的應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝、材料的不斷改進(jìn)，TE015模介質(zhì)濾波器在電氣性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以往任何濾波器的水平。在大容量移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，為了充分利用頻率資源，相鄰信道或收、發(fā)通道頻率間隔非常小，如果采用傳統(tǒng)濾波器，其損耗大得難以接收，如兩個(gè)相鄰CDMA載頻的濾波合路，則必須采用介質(zhì)濾波合路方式，才能做到既有效抑制相鄰信號所謂干擾，又能不增加太多的插入損耗?？梢灶A(yù)見，在未來的3G系統(tǒng)中，TE015模介質(zhì)濾波器將會得到大量的應(yīng)用。在下一代移動(dòng)通信的基站中，對基站的重量和體積都有十分嚴(yán)格的控制。因此，必須減小濾波器的重量和體積，與此同時(shí)不能降低濾波器的性能。在工藝、材料和微波技術(shù)發(fā)展至今的情況下，制造這些微波濾波器選用高Q值、低損耗，具有一定介電常數(shù)的陶瓷材料加載介質(zhì)諧振腔是一種必然，經(jīng)過理論和實(shí)踐方面的長期努力和積累，已經(jīng)將這種介質(zhì)諧振腔濾波器應(yīng)用在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，而且會有很好的前景。伴著濾波器技術(shù)的不斷完善，其他各種新型濾波器如SAW濾波器、陶瓷介質(zhì)濾波器、SIR濾波器、微波有源器件等也開始應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中口1。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀20年代初出現(xiàn)的載波電話系統(tǒng)，使得在電信領(lǐng)域內(nèi)引發(fā)了一場偉大的技術(shù)革命，從而迎來了電信歷史的新紀(jì)元。它的快速發(fā)展促成了在檢出信號和特定頻帶提取的新興技術(shù)的發(fā)展，這種技術(shù)慢慢的發(fā)展成為現(xiàn)在的濾波器技術(shù)。從電信早期的發(fā)展中可以看出電路中濾波器發(fā)揮著極其重要的作用，而且隨著通信技術(shù)不斷的發(fā)展而取得進(jìn)展。早期耦合諧振器濾波器的綜合理論基于Cohn的研究成果，主要針對同步調(diào)諧的級聯(lián)諧振器濾波器設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)的傳輸零點(diǎn)在無限遠(yuǎn)處，只能實(shí)現(xiàn)切比雪夫或巴特沃斯型響應(yīng)，并未涉及廣義切比雪夫型響應(yīng)。1970年，Atia和Wiiliams提出了可實(shí)現(xiàn)有限頻率傳輸零點(diǎn)的耦合諧振器濾波器綜合通用理論口2］根據(jù)該理論，通過解析方法可以得到小于四階的耦合諧振器濾波器耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。國外最早解決辦法主要有以Cameron在1999年提出來的相似變換。Amari在2000年提出的優(yōu)化法為代表兩條技術(shù)路徑。前者基于矩陣旋轉(zhuǎn)理論，通過一系列矩陣相似變換，在保證耦合矩陣特征值和特征向量不變的前提下將不需要的矩陣元素消零，但這種方法僅限于特定耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（折疊規(guī)范型）。后來一些學(xué)者在此基礎(chǔ)上給出了常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的耦合矩陣旋轉(zhuǎn)方法。該方法計(jì)算效率高、精度高，但是不同結(jié)構(gòu)需要不同的旋轉(zhuǎn)順序和步驟，并不能得到任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的耦合矩陣。因此，結(jié)合多種方法對濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合已是大勢所趨。國內(nèi)有報(bào)道采用遺傳算法優(yōu)化提取耦合諧振器濾波器的耦合矩陣。近年來J.S.HongM.J.Lancanste、MingYu等也在微波濾波器與雙工器的綜合方面做出非常重要的貢獻(xiàn)［13,14］七十年代初期，我國的老一代微波專家甘本祓、吳萬春等，在前人研究的基礎(chǔ)上，對微波濾波器的設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，為我國微波濾波器的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。80年代中后期的研究相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道較少。90年代有見零星報(bào)道。進(jìn)入21世紀(jì)后，這已經(jīng)在國內(nèi)成為研究熱點(diǎn)，中國空間技術(shù)研究院的吳須大研究員對同軸腔濾波器與微放電、腔體濾波器與低氣壓放電等問題進(jìn)行了細(xì)致的分析［15］電子科技大學(xué)的賈寶富，西安電子科技大學(xué)的梁昌洪、李剛等在微波濾波器、雙工器和多工器研制上做出了一些探索并取得了一系列的成果。二濾波器的基本概念2.1濾波函數(shù)理想的低通濾波器的衰減特性如圖2.1(a所示，即在①=0到円的頻率范圍內(nèi)，衰減為零，稱為通帶，在介円的范圍內(nèi)頻率衰減為g,稱為阻頻帶。Q為角頻率大小，円稱之為截止頻率大小。顯而易見，有限個(gè)元件數(shù)目的電抗網(wǎng)絡(luò)的頻率衰減特性必是一個(gè)連續(xù)函數(shù)，必然不會在某一固定的頻率上突變，像這種理想的濾波特性，是無法用有限個(gè)元件的電抗網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，而實(shí)際中的濾波器只能通過逼近函數(shù)來逼近理想濾波器的衰減特性，所以，在濾波器綜合設(shè)計(jì)時(shí)第一步是要確定一個(gè)無限接近理想頻率衰減特性的濾波函數(shù)，然后再依據(jù)第一步得到的逼近函數(shù)綜合出具體的電路結(jié)構(gòu)。實(shí)用中，有三種濾波函數(shù)使用最廣泛，各對應(yīng)的濾波器稱為最平坦型、切比雪夫型和橢圓函數(shù)型濾波器，它們的衰減特性如圖2.1(b)(c)(d所示。(a)理想特性s(b)最大平坦型逼近(a)理想特性s(b)最大平坦型逼近(c)切比雪夫型逼近 (d)橢圓函數(shù)型逼近圖2-1常用逼近函數(shù)最大平坦型響應(yīng)最大平坦型低通原型濾波函數(shù)為(2-1)L(w)10lg1 W2n)(2-1)A

它有四個(gè)指標(biāo)參數(shù)：通帶內(nèi)的最大衰減用LAr表示。截止頻率勺，阻帶內(nèi)的最小衰減用LAs表示以及阻帶的邊頻用儀表示。為了讓獲得的梯形電路通用于對各不相同的円和儀,w的低通濾波器，可以使用歸一化的頻率w —。于是，其衰減函數(shù)為w1La(w') 10lg1(w'n) (2_2)綜合低通濾波器過程為：首先，通過四個(gè)指標(biāo)參數(shù)LAr,吟LAs,儀，確定常數(shù)8和n,從而可以求得需要的濾波函數(shù)。再次，根據(jù)第一步得到的這個(gè)函數(shù)，利用前面介紹的網(wǎng)絡(luò)綜合法來確定低通濾波器原型的梯形電路各元件值和結(jié)構(gòu)。8是當(dāng)方=1時(shí)計(jì)算通帶內(nèi)的最大衰減LAr得到的，即 10?肚/10n可以通過帶外最小衰減獲得(2-3)(2-4)n[lg10LAs/10 1/2lgw')](2-3)(2-4)s切比雪夫型響應(yīng)切比雪夫的低通原型濾波函數(shù)為L(w')10lg[T(w')]TOC\o"1-5"\h\zA n切比雪夫函數(shù)多項(xiàng)式為Tn(①在啟=0-1之間是余弦函數(shù)，因此衰減在①=0—1之間出現(xiàn)的時(shí)等波紋的變化，在①=1時(shí)，Tn(1)=1,LAr達(dá)到其最大值，即(2-5)L10lg1( 2)(2-5)Ar10LAr/10 1 (2-6)LAr是波紋幅度，8是波紋的因數(shù)。在通頻帶內(nèi)，最小的衰減頻率為零。而當(dāng)①＞1時(shí)即阻帶內(nèi)時(shí)，Tn(①是一個(gè)雙曲余弦函數(shù)，若在阻頻帶叫'上，阻頻帶的衰減為LAs，則有(2-7)〔ch匕恥冒101)/2]

ch1w'(2-7)s橢圓函數(shù)響應(yīng)由圖2.1(d)可見，由于橢圓函數(shù)濾波器的阻帶衰減極點(diǎn)不全在無限遠(yuǎn)處，因而用這種濾波器可得到很陡的截止率。圖中LAr是通帶最大衰減，LAs是阻帶最小衰減，円是通帶帶邊頻率，儀是阻帶帶邊頻率。考慮n階橢圓函數(shù)型低通變換器衰減特性，得到：(2-8)lw'10ig[2f2w'](2-8)A n其中Fn是含有模為K的函數(shù)。

2.2微波濾波器參數(shù)帶寬(Bandwidth):通帶的3dB帶寬(flow—fhig!)中心頻率:fC或f截止頻率：下降沿3dB點(diǎn)頻率插入損耗(insertionlOss當(dāng)濾波器與設(shè)計(jì)要求的負(fù)載連接，通帶中心衰減。帶內(nèi)波紋絕對衰減(Absoluteattenuat)orP阻帶中最大衰減(dB)品質(zhì)因數(shù)Q(qualityfac)：r中心頻率與3dB帶寬之比反射損耗(Returnlo)s2.3低通濾波器到帶通濾波器的轉(zhuǎn)換要依據(jù)低通的濾波器設(shè)計(jì)出一個(gè)帶通的濾波器，它的截止頻率是円和色，頻率需要進(jìn)行較復(fù)雜的變換，使低通原型濾波器的頻率變量出與帶通濾波器的頻率變量①符合下面公式：(2-9),w/Ww\(2-9)w 0—(一d)wwww210式中色是帶通濾波器高端的截止頻率，円是其低端的截止頻率，％為中心頻率，通常令w0 <w1w2笑-円稱為該濾波器中的通頻帶，(色-円)/%稱為該濾波器中的相對通頻帶W:(2-10)ww(2-10)W2 1w0根據(jù)母型低通濾波器換算帶通濾波器，電路元件變得更加復(fù)雜。母型濾波器的電感應(yīng)(2-11)(2-12)改為LC串聯(lián)電路，它的電感Lk和電容Ck與母型的電感―保持以下關(guān)系:LU(2-11)(2-12)kww21LC1母型濾波器的電容應(yīng)改為LC母型濾波器的電容應(yīng)改為LC并聯(lián)電路，它的電容Ck+1和電感Lk+1與母型的電容C'k1保持以下關(guān)系:C'w(2-13)1(2-13)1-和C'i都可以從母型低通濾波器的元件表上查得。三同軸腔帶通濾波器的設(shè)計(jì)3.1濾波器的設(shè)計(jì)步驟濾波器的設(shè)計(jì)步驟為：1） 確定濾波器的類型和實(shí)現(xiàn)方式根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，確定濾波器的類型和實(shí)現(xiàn)方式，包括低通、高通、帶通還是帶阻的確定，使用何種逼近函數(shù)模型，體實(shí)現(xiàn)形式（選擇用微帶線、同軸線還是用波導(dǎo)等實(shí)現(xiàn)）。2） 確定濾波器的階數(shù)n根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求、逼近函數(shù)模型，確定濾波器的階數(shù)。n主要取決于帶內(nèi)插損、帶外抑制以及所選擇的衰減逼近函數(shù)模型。即元件數(shù)n是由衰減特性曲線決定的?？梢酝ㄟ^查表可以得到，也可以通過一些公式計(jì)算得到。3） 查表得到低通濾波器原型的各元件值其余三種濾波器可以從低通濾波器原型通過函數(shù)轉(zhuǎn)換得到。（一般濾波器都是對稱設(shè)計(jì)的，也就是說知道一半的元件值就可以了。）4） 使用電路仿真軟件仿真使用電路仿真軟件仿真是為了優(yōu)化電路各元件的值。5） 使用場仿真軟件仿真場仿真和實(shí)際相差較小，所以一般都會使用仿真軟件來確定最終的設(shè)計(jì)。6） 實(shí)物加工與調(diào)試3.2濾波器的設(shè)計(jì)方法3.2.1前言濾波器的設(shè)計(jì)當(dāng)前有兩種不同的出發(fā)點(diǎn)：—種出發(fā)點(diǎn)是鏡象參數(shù)法。這種方法是過去人們一直用來設(shè)計(jì)濾波器的經(jīng)典辦法。此方法的好處是它理論依據(jù)很簡單，但在分析的過程中不會考慮到外接負(fù)載對濾波器的影響是它的缺點(diǎn)。本文主要采用另外一種方法，故鏡象參數(shù)法不作詳細(xì)介紹。另一種出發(fā)點(diǎn)是綜合法，又稱為插入損耗法，此方法是近些年以來采用的很普遍的設(shè)計(jì)方法。此方法的步驟是：依據(jù)需求的技術(shù)參數(shù)，得到插入損耗Li與頻率①的所決定的關(guān)系函數(shù)，再依據(jù)這個(gè)關(guān)系函數(shù)，推導(dǎo)出具體的相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)。因此第二種方法是第一種方法的相反過程，此方法應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)理論推求出具體的電路，反之鏡象參數(shù)法是根據(jù)已知的

電路參數(shù)拼湊出符合要求的電路結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)準(zhǔn)確是第二種方法的最突出優(yōu)點(diǎn)，并且設(shè)計(jì)時(shí)將外界負(fù)載時(shí)的影響已經(jīng)考慮進(jìn)去，從而不用進(jìn)行多次試探。因?yàn)橐玫奖容^難的網(wǎng)絡(luò)理論這就使設(shè)計(jì)難度增大這是它的缺點(diǎn)。盡管如此，因?yàn)橹灰O(shè)計(jì)出滿足指定參數(shù)要求的母型濾波器，以后的設(shè)計(jì)步驟就成了簡單的讀圖查表和使用數(shù)學(xué)方法數(shù)據(jù)將換算即可，相比較鏡象參數(shù)法，綜合法要比其更加實(shí)用。3.2.2設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)指標(biāo)：1785T800MHZ(電主)1785T800MHZ(電主)<2.0dB>15dB1700-1755MHz>30dB1805-1830MHz>20dB1830MHz>30dB輸入功率：50W工作溫度范圍：-35~+75C接□類：SMA(F)(特性阻抗50Q)3.2.3參數(shù)計(jì)算經(jīng)過帶通濾波器到低通原型的變換，可以得到低通原型的帶外抑制,w/Ww\TOC\o"1-5"\h\zW 0 ( W2ff (3-1)WWWW 0 VLU210由低通原型的帶外抑制要求可以得到濾波器的級數(shù)n\o"CurrentDocument"A10lg1 2ch2[nch1(w')]} (3-2)S s根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，由以上公式算得n=5由低通原型濾波器的級數(shù)n,求解其集總參數(shù)電路中各元件的歸一化值，根據(jù)公式：lnco17.lnco17.37sinh-2n1，2，n，?(2< 1)1，2，n，asink 2n

k2sin——,k1,,2,,nn2ag111,2,,n4aa|1,2,,ngkk1kgkk1k1算得元件的歸一化值如表3.1所示:表3-1兀件歸一化值g0g1g2g3g4g5g61.00001.37121.14681.97501.37121.14681.0000由低通原型中各元件的歸一化值，求解同軸腔體之間各耦合系數(shù)以及端□的有載Q值根據(jù)公式:ff-U Lf0由技術(shù)指標(biāo)要求得到：K12=K45=0-0067K23=K34=0-0051Ql=137.04由濾波器級數(shù)指標(biāo)要求f0和耦合系數(shù)M、R,確定腔體物理結(jié)構(gòu)，以及耦合腔體開窗的尺寸。3.3仿真與測試3.3.1仿真1、單腔1）建立本征模求解模型

圖3-1單腔模型圖表3-2單腔模型尺寸（單位：mm）腔高腔寬腔長內(nèi)圓柱半徑外圓柱半徑內(nèi)圓柱高外圓柱高82627.52）仿真圖3-2諧振頻率與諧振柱高度關(guān)系曲線由圖3-2可知，當(dāng)h=7.90mm時(shí)，諧振頻率f）=1.7925GHzo2、雙腔1）建立本征模求解模型

圖3-3雙腔模型圖2）仿真圖3-4窗□寬度與耦合系數(shù)的關(guān)系曲線從圖3-4得出，w12=9.40時(shí)K12=0.0051w12=8.82時(shí)K12=0.0067由仿真、計(jì)算得到的數(shù)據(jù)如表3-3所示：表3-3尺寸圖（單位：mm）12腔L12W12H12X12K12W12R12ri227.526830.00678.823.72

23腔L23W23H23X23K23w23R23R2327.526830.00519.403.7234腔L34W34H34X34K34w34R34I3427.526830.00519.403.7245腔L45W旅45H45X45K45w代45R45%27.526830.00678.823.72說明：表3-3中L、W、H為單腔的長、寬、高，X是腔與腔之間的壁厚，r、R分別是圓柱腔的內(nèi)、外半徑。3.3.2實(shí)物加工與測試1）實(shí)物根據(jù)仿真結(jié)果，加工制作了如圖3-5所示的實(shí)物。圖35濾波器實(shí)物圖圖3-5中，1是濾波器輸入端；2是耦合窗口調(diào)諧螺釘；3是腔體調(diào)諧螺釘；4是固定螺釘；5是濾波器輸出端。2）根據(jù)加工的實(shí)物，在網(wǎng)絡(luò)分析儀上進(jìn)行調(diào)試，其測試結(jié)果如圖3-6所示。設(shè)計(jì)目標(biāo)為：通帶1785—1800MHz內(nèi)S21〉-2.0dB,回波損耗I〉15dB。帶外抑制：1805—1830MHz<-20dB,1700—1755MHz或1830MHz<-30dB。實(shí)測結(jié)果為：通帶內(nèi)S21為-1.2dB,回波損耗I為18dB。帶外抑制：1805—1830MHz為-25dB,1700—1755MHz為-34dB,1830MHz為-35.9dB。經(jīng)過以上分析可知，