一種P波段大功率空氣帶狀線低通濾波器的設(shè)計(jì)

熊文芳 施治國(guó) 夏俊怡

【摘要】 探討了一種P波段大功率空氣帶狀線低通濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程，提出了一種濾波器高阻抗線的布局方式，該設(shè)計(jì)可大大節(jié)省體積，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工、裝配方便，可廣泛用于微波中繼通訊、衛(wèi)星通訊、雷達(dá)技術(shù)、電子對(duì)抗及微波測(cè)量?jī)x等設(shè)備中。

【關(guān)鍵詞】 大功率 空氣帶狀線 低通濾波器布局

引言

濾波器是無(wú)線電技術(shù)中許多設(shè)計(jì)問(wèn)題的中心，可用于變頻器、倍頻器以及多路通信中。本文提出了一種大功率空氣帶狀線低通濾波器的設(shè)計(jì)方法，通帶內(nèi)插損小于0.3dB，在二、三次諧波處抑制能力大于20dB，承受平均功率達(dá)到2kW以上。

一、 濾波器的設(shè)計(jì)

1）選擇適當(dāng)?shù)牡屯ㄔ停w一化）；

根據(jù)通帶和阻帶的衰減要求，選用切比雪夫低通原型。

2）計(jì)算濾波器實(shí)際所需的元件數(shù)值；

根據(jù)通帶內(nèi)最高工作頻率確定其截止頻率ω1‘，按通帶內(nèi)紋波LAr=0.01dB，在歸一化頻率ω，/ω1‘=2.8上，帶外抑制LA（ω，）=40dB，查表得濾波器所需的級(jí)數(shù)n為7。

通帶內(nèi)紋波為0.01dB的七級(jí)切比雪夫低通原型濾波器歸一化元件參數(shù)值如下：

g1=g7=0.7969，g2=g6=1.3924，g3=g5=1.7481，g4=1.6331，g8=1。

濾波器集總元件低通原型如圖1所示。

3）選定高、低阻抗值，計(jì)算各線段寬度；

將并聯(lián)電容用低阻抗線實(shí)現(xiàn)，串聯(lián)電感用高阻抗線實(shí)現(xiàn)，則濾波器的半集總元件微波實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

（W0--50Ω線寬，Wl--低阻抗線寬，Wh--高阻抗線寬）圖2 半集總元件微波實(shí)現(xiàn)

由于采用空氣介質(zhì)，要求設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及機(jī)械加工性能。選擇1.5mm的鍍銀銅板，高阻抗設(shè)計(jì)為79Ω左右，線寬11.8mm，不易變形，低阻抗設(shè)計(jì)為12.5Ω左右，線寬130mm，可兼顧濾波器的體積及機(jī)械加工和安裝固定。

4）計(jì)算各阻抗線長(zhǎng)度；

將圖2中各低阻抗線由T型等效電路代替，高阻抗線由Π型等效電路代替，得出如圖3所示濾波器的等效電路。

5）進(jìn)行建模仿真及優(yōu)化，得出最終結(jié)果。

二、優(yōu)化和仿真

在建模過(guò)程中，把非標(biāo)準(zhǔn)模型的參數(shù)通過(guò)仿真，得到相應(yīng)的兩端口元件，再帶入系統(tǒng)軟件對(duì)各阻抗線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)定合適的目標(biāo)值，通過(guò)優(yōu)化后，再用HFSS進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

最終結(jié)果如圖4所示。

一般情況下，濾波器的基本布局如圖2所示，濾波器的帶狀線由四級(jí)低阻抗線和三級(jí)高阻抗線組成，高阻抗線呈“一”字形與低阻抗線水平連接，總體體積較大。通過(guò)布局優(yōu)化，改進(jìn)后的實(shí)物如圖5所示。其實(shí)現(xiàn)參數(shù)與理論相比會(huì)引入誤差，通過(guò)在三維電磁場(chǎng)仿真軟件中建立完整的模型，進(jìn)一步對(duì)線長(zhǎng)和線寬進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化仿真，確定最佳尺寸，按尺寸加工后性能與仿真結(jié)果基本一致。

三、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)功率試驗(yàn)，該濾波器承受平均功率可達(dá)到2kW；采用厚度為1.5mm的鍍銀銅板加工成的帶狀線，插入損耗較小，有一定的結(jié)構(gòu)支撐強(qiáng)度；采用的U形連接方式，與常規(guī)設(shè)計(jì)連接結(jié)構(gòu)相比，大大縮短了濾波器在長(zhǎng)度方向上的尺寸，實(shí)現(xiàn)了小型化，且工作一致性較好，可廣泛用于微波中繼通訊、衛(wèi)星通訊、雷達(dá)技術(shù)、電子對(duì)抗及微波測(cè)量?jī)x等設(shè)備中。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 甘本袚，吳萬(wàn)春.現(xiàn)代微波濾波器的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu).北京：科學(xué)出版社，1974