新型微波阻带滤波器

摘要

提出了一种带阻滤波器。该元件是中心导体上有槽的同轴波导。在此研究框架下，对滤波器的幅频特性进行了数值和实验研究。根据槽参数可以激发半波和四分之一波两种典型的共振。单个元件的抑制带由槽的宽度、深度和介质填充来定义。利用上述元素的五阶切比雪夫滤波器也进行了合成、制造和测试。实测结果与模拟结果吻合较好。实验滤波器原型显示在−40 dB水平上的抑制带为0.86 GHz。

1.介绍

有关微波滤波器技术、应用前景及滤波器设计的综述载于[1］．窄带可调谐滤波器通常采用带有介质谐振器的矩形波导实现[2或微带谐振器[3.］．为了提供宽带滤波器，低q因子的谐振器，如直连正交馈线的环形谐振器[4或共面带状线谐振器[5应用)。

狭缝谐振器作为微波滤波器的基本元件已在本文前面提出[6］．这种谐振器的主要优点是体积小，制造简单，并且可以自然地集成到同轴线上。本文利用TEM波上的缝隙谐振器设计了阻x带滤波器。

论文组织如下。节2，考虑了带阻元件的不同设计以及槽内的电磁场分布。此外，还研究了谐振频率和负载q因子随缝隙尺寸的变化规律。本节讨论了单槽抑制滤波器的实验研究结果3.并指出有能力开发更复杂的滤波器设计。部分4致力于切比雪夫抑制滤波器原型的综合和实验研究。

2.带阻元件

这种新型带阻元件的原理图如图所示1．带阻元件是由中心导体半径的同轴波导组成的轴对称结构一个,和外导体b,分别。同轴波导由介电常数ε的介质填充₁．在中心导体的槽有宽度w和深度d(图1)，由介电常数ε的介质填充₂．两种不同的滤波器设计都可以通过两个完整的槽来实现(图1(1)、偏槽(图1(2))。

为了激发与元件的共振在这个结构中，条件必须认识到[6］．在这种情况下，磁场分布是轴对称的。需要注意的是，在这种结构中，两种类型的共振都可以被激发，这取决于槽深度之间的关系d和中心导体半径一个(图1）.最大幅值位于槽的中心(图2(一个)）;而对于，最大的幅度位于中心导体表面(图2 (b)）.基于上述磁场振幅分布，[6称为“半波共振”时(图2(一个))和“四分之一波共振”时(图2 (b)）.

从一开始，让我们分析一下深度(d),宽度(w)和介电常数()。四分之一波共振()，槽深的增加导致共振频率从GHz,GHz(图3(一个)和3 (b)、表1）.在这种情况下，缝隙宽度从0.5 mm到1.5 mm的变化导致q因子变化约72%，而谐振频率略有变化(图)3 (b)和3 (c)、表1）.

我们注意到，对于半波共振()，槽宽的变化指向类似的结果(图4(一)和4 (b)）.很明显，缝隙的介质填充导致了单元件谐振频率的改变。因此，槽的介质填充可以减小给定同轴波导的中心导体半径。在这种情况下，有可能提供上述滤波器的有效阻带控制。

记住这些备注，可以总结出共振频率是由缝隙深度和介电常数ε定义的₂．同时，q因子取决于缝隙宽度和电介质和金属中的耗散。为说明这些陈述，上面的数字参数对槽尺寸的依赖显示了两个半波和四分之一波长的(数据5和6)共振。在这两种情况下，中心导体和外导体的半径都是恒定的。我们已经选择了介电常数当和时，tanδ = 0.0001为槽．介电常数的选择可以让我们保持在同一个频段。对于两个槽，共振频率与槽深度呈线性关系(图)5）.q因子降低的原因是随着缝隙宽度的增加辐射损失增加(图)6）.利用槽宽参数可以得到q因子的最大值．

3.实验验证

在安捷伦网络分析仪PNA-L N5230A上，在8-14 GHz频段对单槽滤波器原型进行了特性实验研究。制作的滤波器原型如图所示7．过滤参数如下:毫米,毫米,,．测量值和模拟值之间有很好的一致性₁₂-不同宽度的单槽参数(毫米,mm)8）.谐振频率上的差异小于0.05 GHz，这可以解释为滤波器的制造精度不高以及实验中实际介电常数与仿真中使用的介电常数之间的差异。

4.切比雪夫滤波器的合成

带阻滤波器的初始参数如表所示2将在下面合成。充满空气的槽()，选择四分之一波共振作为滤波器的基本元件。滤波器的等效电路如图所示9(上)。根据仿真结果，确定了等效电路中各元件的值以及各谐振器的谐振频率和q因子。槽的几何参数初值(w和d)均从图表中选出5和6．通过改变中心导体半径，可以得到理想的阻抗一个．通过我们之前开发的全波模拟器对滤波器进行了进一步的优化[6］．在这种情况下，谐振器彼此之间的距离为3λ/4 (λ = 30毫米)，以提供最小的耦合(图9,底部)。作为目标函数，选择s参数和槽宽w槽深d均在±5%范围内变化。

优化的过滤器，表中突出显示了参数3.被设计、制造和调查。上述滤波器原型的s参数如图所示10．通过对这些数据的分析，可以得出以下结论:(1)在整个通带和阻带的大部分频率点上，测量的s参数与模拟的s参数吻合较好;(ii)在−40 dB水平上抑制频带为0.86 GHz。

5.结论

介绍了用于设计微波阻带滤波器的同轴波导中心导体缝隙的原始带阻元件。对在该元件中激发的半波和四分之一波共振进行了研究和分析。设计并制作了带阻元件。我们发现，在这两种情况下，狭缝宽度从来导致负载q系数降低22%。共振频率取决于槽的深度。计算结果与实测数据吻合较好。本文还合成了具有给定带阻元素的五阶切比雪夫滤波器，并进行了研究。在整个通带和阻带的大部分频率点上，测量得到的s参数与数值值吻合较好。注意，在没有任何微调元件的情况下，滤波器的特性与模拟的特性非常接近。−40 dB时，抑制频带为0.86 GHz。所提出的阻带滤波器可以自然地集成到同轴波导中，在不同的应用中似乎非常有吸引力。

参考文献

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6. P. P.帕齐宁和K. Yu。脉冲Sirenko。${\text{TE}}_{\text{0 n}}$- - -${\text{TM}}_{\text{0 n}}$-波通过轴向对称波导单元进行变换。槽谐振器”,《电磁波与电子系统》，第10卷，第5期。2005(俄罗斯)。视图:谷歌学者

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