基于S波段的交指型濾波器的研究

王抗美

（南京信息職業技術學院，江蘇 南京 210046）

1 引言

在多頻率的微波系統中，濾波器能夠有選擇地將選取的頻率信號，通過某一傳輸線，使得電路對信號頻率具有選擇性。濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號順利的通過，而另外一部分頻率的信號則受到較大的抑制，它實質上是一個選頻電路。主要目的是阻塞可能引起對有用信號的干擾信號。從結構形式上看，濾波器有多種類型。

交指型濾波器的使用和研究都較廣泛。所謂交指型濾波器，是指由兩組平行耦合線諧振陣相互交叉組成的結構。它具有良好的帶通濾波器特性；這種濾波器的結構緊湊、結實。由于每個諧振器間的間隔較大，故公差要求寬松，同時諧振桿的長度在1/4波長附近，第二通帶中心在3ω0上，其間不會有寄生響應，阻帶衰減和截止率都較大。

2 理論分析

交指型濾波器既可以采用矩形金屬桿，也可以采用圓形金屬桿，甚至可以使用微帶線的結構形式，同時可以采用集中電容加載的方法減小體積和增加阻帶寬度。

本文研究終端短路式交指型濾波器。在兩個平行的接地板之間，放入兩個交叉的矩形平行耦合線陣，每個矩形桿長約1/4波長，一端開路一端短路，同時在輸入輸出端同樣采用矩形桿耦合。

終端短路式交指型濾波器的節數 n，可根據設計指標計算得到，對于終端短路式濾波器，其濾波器節數Nf短路是：

假設低通原型濾波器的截止頻率是1ω′，所需設計通信頻帶通段濾波器的頻率，通帶的上下邊頻分別是 ω1和 ω2，由低通到帶通的變換公式是：

兩相鄰桿的歸一化單位長互電容為：

單位長自電容和單位長互電容，其實質就是平行耦合濾波器的奇模和偶模的導納。

3 設計結果

根據上述的分析，根據旅伴器的通帶特性和截止率，得到電抗元件的歸一化值，計算J和N的參量，考慮諧振器具有較高的Q值，在諧振器不加截肢的情況下，相鄰線間以振幅相同、向往相反的電壓激勵。同時考慮到工藝制作簡單，建立濾波器的拓撲結構模型，給出元件模型的幾何數據初始值及變化范圍，這一步較關鍵，因為濾波器的拓撲結構決定了濾波器的形式，從而也就決定了濾波器的特性。

根據公式設計濾波器的結構尺寸，但該尺寸仿真效果不盡人意。經過反復改變參數，進行計算機模擬，并經過多次試驗，研制的3.2 GHz～3.4 GHz MHz交指型濾波器，達到了我們預期的目標。濾波器的主要實驗結果：在通帶內，插入損耗小于0.4 dB，中心頻率±40 MHz外為阻帶區，最小阻帶衰減大于20 dB，中心頻率±200 MHz外最小阻帶衰減大于45 dB。

假如矩形金屬桿不能良好接地，將受外界環境的干擾較大。為了得到高性能的濾波器，就要保證濾波器良好的微波接地，以及防止空間信號的串擾，所以我們制作過程中也驗證了這一點。一種改良型的交指型帶通濾波器，即在建立濾波器的拓撲結構模型時，在接地孔周圍布了大面積地，保證了濾波器的良好接地，并且隔斷了周圍空間可能的串繞信道，減小了外界干擾對濾波器性能的影響。

4 結束語

在仿真過程中，普通交指型帶通濾波器和改良型的交指型帶通濾波器，兩種結構仿真結果相似，但實驗結果不同。改良型的交指型帶通濾波器的帶內平坦度以及駐波都優于普通交指型帶通濾波器，而且在實際電路應用中也發現改良交指型帶通濾波器受外界環境的干擾小，技術指標均優于普通交指型帶通濾波器。

另外，理論分析結果與我們的實驗結果有一定的差距。但在器件研制時，從理論上進行一些分析是必要的。在計算機模擬時，選取矩形金屬桿和圓形金屬桿都能實現濾波器的功能，驗證了理論分析的可行性。

1 甘本祓、吳萬春.現代微波濾波器的結構與設計[M].北京：科學出版社，1973

2 Derig C.using micrawave CAD programs to analyze microstrip interdigital filters.Microwave Journal,1989: 147

3 ADLMAN J ttc..Design of comb—line and lnterdigital filters with tapped—line input－IEEE Trans 0n Microwa～ Theory and Techniques, 1988, MTT一39（4）: 759～760