ku波段波导广义切比雪夫滤波器研制

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1、第一章引言1．1波导广义切比雪夫滤波器的研究意义在微波毫米波通信、卫星通信、雷达和遥感技术等系统中，微波滤波器的选频、分频和隔离信号等作用有着举足轻重的地位，其性能的优劣将直接影响整个通信系统。由于信息产业和无线通信系统的蓬勃发展，微波频带出现相对拥挤的状态，为了合理利用频带资源，相关部门出台了更详细规定，分配到各类通信系统的频率间隔越来越密，这对微波、毫米波收发信机中前端无源器件的性能指标提出了更高的要求，比如更小的插入损耗降低系统对信号的衰减，更好的矩形系数以抑制各种干扰信号等。波导滤波器由于其插入损耗小，功率容量大，工作

2、频段高，容易大批量生产等特点，在通信系统中得到广泛的应用。传统的微波波导滤波器设计中，提高滤波器矩形系数的有效方法是增加滤波器的级数，采取这种方法设计有一定的缺陷：一个是滤波器的插入损耗相应的增加，会影响系统的整体；另外在特定的系统中还要求滤波器重量，级数增加了，滤波器的重量也随着增加，给设计带来了难度。所以按照传统的方法设计，就要在这几个方面采取折中的考虑，这也成为波导滤波器设计难点之一。为了克服传统设计方法的不足，椭圆函数和广义切比雪夫滤波器原型应用到波导滤波器设计中。椭圆函数滤波器有很陡的带外抑制，即好的矩形系数，但是其

3、带外零点位置是由其级数决定的，同时椭圆函数波导滤波器的加工调试也非常困难。广义切比雪夫滤波器能在一定程度上解决这些问题，比如能有很好的矩形系数，带外传输零点可以随意设置，这样可以减小滤波器的体积。但用传统的设计方法，其耦合系数的提取相当困难，需要很好的专业知识和数学基础；采用非相邻腔的耦合结构比较复杂，在现有的计算机设备下用软件仿真也很困难，这样就增加了滤波器的设计周期；这种结构的波导滤波器与一般的波导滤波器相比，调试难度增加，影响批量生产。波导广义切比雪夫销钉滤波器利用销钉滤波器的结构，在源、负载两端引入可调的半销钉，通过改

4、变半销钉高度、半径和对波导中心线的偏移量，使其在带外特定频率处产生传输零点。这种结构不采用非相邻谐振腔间的耦合，就具有优电子科技大学硕士学位论文良的矩形系数，降低了加工难度，调试也比交叉耦合滤波器简单，容易大批量生产。另外，其带内插入损耗与同阶数的切比雪夫波导销钉滤波器相比，基本相同。由于高频电磁仿真软件的发展，大大降低了设计难度，缩短设计周期，对设计高性能的广义切比雪夫波导滤波器有着非常重要的意义。1．2国内外研究状况上个世纪60年代，G．L．Matthaeitl】对滤波器的设计进行了比较系统的描述，其中对波导滤波器的设计描

5、述也较为详尽，主要是切比雪夫型，其结构有膜片、销钉和小孔耦合等，并给滤波器设计者提供了大量的、相当精确的实验测试曲线。G．L．Matthaei还对波导线性相位滤波器做了详细的设计原理分析，在波导滤波器中引入了交叉耦合。上世纪70年代，AlbertE．Willi锄s【2】设计了一个四腔的椭圆函数波导滤波器，文献中给出了详细的理论设计，在波导滤波器中实现传输零点。Aria和Williamst3】最早提出了交叉耦合滤波器的通用理论，并以一个波导广义切比雪夫滤波器为例，验证了其可行性。但是这个时期主要研究对象为10GHz以下的波导滤波

6、器。上世纪80年代初期，J．D．Rhodes和R．J．Cameron【4】给出了零点提取(extractedpole)滤波器的综合过程，提出一种新型的波导滤波器的结构和设计方法，设计出了Ku波段的传输零点对称与不对称的波导滤波器。这个研究给波导广义切比雪夫滤波器的设计提供了理论依据，各种新型结构的波导广义切比雪夫滤波器被设计出来【51。1992年，ThomasSieverding和FritzAmdt16j提出一种采取抑制谐振器的波导滤波器的设计方法，显著的改善了波导滤波器的带外抑制。1999年，R．J．Cameron【7J提出

7、了用循环递归的方法来构成广义切比雪夫的传输函数和反射函数多项式，用倒纳矩阵和局部分式展开方法给出了耦合矩阵的综合过程。2003年，l乙J．Cameron婵J在此基础上研究了源与负载直接耦合结构的耦合矩阵综合，从此这种结构在滤波器的设计中被广泛应用。广义切比雪夫滤波器耦合系数就可以根据矩阵消元方法获得，也给波导广义切比雪夫滤波器的设计带来了方便。2000年后，Am撕【9'2卜221在波导滤波器设计中引入非谐振节点，文中给出了详细的理论分析、计算过程，并以波导滤波器为例，显示了这种结构滤波器优良的带外抑制能力以及便捷的加工。此后，

8、Amaritl044】发表一系列带传输零点的波导滤波器设计的文章，主要采取引入非谐振节点、双模的方式，产生带外传输零点，2第一章引言改善滤波器的带外抑制。国内对滤波器的研究起步稍晚，七十年代初，我国的老一辈微波专家甘本祓、吴万春、林为干【15．161等在国外研究成果的基础上，