王 蒙，王春玲

(泰山學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，山東泰安 271021)

1 濾波器設(shè)計(jì)要求及方案

首先我們要了解微波濾波器設(shè)計(jì)的基本思路，是根據(jù)濾波器的指標(biāo)要求(如截止頻率、通帶損耗、阻帶邊頻、阻帶衰減以及輸入輸出阻抗等)，選定低通原型濾波器(常用的包括巴特沃斯函數(shù)、切比雪夫函數(shù)和橢圓函數(shù)等)及諧振腔的數(shù)目;然后通過(guò)頻率變換得到所需濾波器的理論模型;最后通過(guò)實(shí)際結(jié)構(gòu)或電路來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波器.

本論文提出的濾波器主要技術(shù)指標(biāo):截止頻率fc=3.0GHz，帶內(nèi)等波紋衰減Lp=0.1dB，阻帶邊頻fs=5.1GHz處的衰減為L(zhǎng)s≥25dB，輸入、輸出的同軸線特性阻抗為Z0=50Ω.利用高低阻抗線交替級(jí)聯(lián)的微帶線體系結(jié)構(gòu)，并采用切比雪夫低通原型實(shí)際制作出一個(gè)微波低通濾波器.

2 濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程

微波濾波器設(shè)計(jì)步驟如下:

(1)確定低通原型:由于要求通帶衰減等于0.1dB，故選用0.1分貝波紋的切比雪夫低通原型.根據(jù)頻率5.1GHz上的衰減為25dB和截止頻率為3.0GHz，可查得濾波器的階數(shù)N=5，歸一化低通濾波器其它參數(shù)為:

(2)根據(jù)濾波器的截止頻率和終端電阻，計(jì)算出濾波器的實(shí)際元件數(shù)值.

圖1 濾波器低通原型

(3)元件的微波實(shí)現(xiàn)

這里選用高低阻抗短線相級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電感和并聯(lián)電容.原則上，高阻段的Z0h應(yīng)盡量高，低阻段的Z0l應(yīng)盡量低，這樣集總參數(shù)的接近程度會(huì)更好一些，但工藝的局限性卻加以限制，在這里我們選微帶線的高特性阻抗Z0h為100Ω，低特性阻抗Z0l為10Ω.所選介質(zhì)板的參數(shù)為εr=9，h=0.88mm.可確定高低阻抗段微帶線的寬度W，由式可確定隔斷高低阻抗微帶線的長(zhǎng)度l，從而完成設(shè)計(jì).

計(jì)算微帶線濾波器的實(shí)際尺寸

①高阻抗線，阻抗Z0h=100Ω，計(jì)算得W=0.1331mm、εre=5.5.

②低阻抗線，阻抗Z0l=10Ω，計(jì)算得W=8.5379mm、εre=7.7.

計(jì)算結(jié)果如下表所示:

表1 微帶線結(jié)構(gòu)下濾波器尺寸

3 設(shè)計(jì)論證及二次應(yīng)用

本論文作為微波實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)典型的濾波器設(shè)計(jì)，圖2為在MATLAB里仿真濾波器的波形.

由此得出結(jié)論:從設(shè)計(jì)到編程計(jì)算、從分析到測(cè)試全過(guò)程基本符合微波濾波器的特征，可以用在微波教學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái).

圖2 設(shè)計(jì)微波濾波器波形仿真

本論文設(shè)計(jì)的濾波器是在特定技術(shù)指標(biāo)下采用的是切比雪夫型濾波器設(shè)計(jì)方法，在二次應(yīng)用時(shí)，可以用HFSS軟件進(jìn)行仿真并在工藝允許條件下制作實(shí)物，用于微波平臺(tái)的濾波和通信，如圖3所示;或者可以根據(jù)此低通濾波器原型設(shè)計(jì)高通、帶通及帶阻濾波器供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用;也可繼續(xù)在微波實(shí)驗(yàn)平臺(tái)里設(shè)計(jì)巴特沃斯濾波器、貝塞爾濾波器和橢圓形濾波器并進(jìn)行性能比較，選取不同情況下合適的濾波器.

圖3 射頻接收機(jī)通信模塊

4 結(jié)論

微波低通濾波器的典型結(jié)構(gòu)是高、低阻抗傳輸線交替級(jí)聯(lián)組成的濾波器.它用高阻抗線來(lái)等效串聯(lián)電感，用低阻抗線來(lái)等效并聯(lián)電容，通過(guò)調(diào)整高低阻抗值及其長(zhǎng)度可以制造出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能優(yōu)良的低通濾波器.高阻抗與低阻抗之間的比值越大，濾波器的性能越接近理論特性;反之，相差越大.高低阻抗線可以用微帶線也可以用同軸線來(lái)實(shí)現(xiàn).

［1］顧繼慧.微波技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.

［2］趙春暉，張朝柱.微波技術(shù)［M］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，2000.

［3］李莉.切比雪夫低通濾波器型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2010，(3).

［4］彭沛夫.微波技術(shù)與實(shí)驗(yàn)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007.

［5］姬五勝，彭清斌.微波濾波器小型化設(shè)計(jì)［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2009，(16).