1 引言

梳狀線濾波器是一種重要的微波濾波器。其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良。由于它采用的諧振器是長(zhǎng)度約為中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4的諧振桿，因此當(dāng)工作在頻率較低時(shí)，每個(gè)諧振桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致整個(gè)濾波器體積變大。為了解決這一問(wèn)題，有許多的方法，其中電容加載是重要的一種。所謂電容加載，就是在諧振桿的開(kāi)路端增加電容效應(yīng)，使其長(zhǎng)度小于1/4波長(zhǎng)。文獻(xiàn)[3]中所謂的SIR諧振器，即以減小開(kāi)路端特性阻抗來(lái)減小諧振桿長(zhǎng)度的辦法，其實(shí)與電容加載有很大的共通之處，只是從不同的角度去理解而已。本文主要采用“電容加載”這一名詞來(lái)統(tǒng)稱上述方法。

常見(jiàn)的電容加載方式示于圖1中。總體來(lái)講都是讓開(kāi)路端變大。其中(a)為圓桿的情況，(b)為方桿的情況，(c)為方桿的情況，但開(kāi)路端只在一個(gè)方向變大。

對(duì)于(a)和(b)來(lái)講，加工時(shí)，每個(gè)諧振桿一般要分開(kāi)加工，再與腔體連在一起，用螺釘固定，并加以焊接;對(duì)于(c)來(lái)講，雖可將所有諧振桿加工在一個(gè)平面上(如圖2)，再套上蓋子(如圖2)，但要獲得較大的電容效應(yīng)，其開(kāi)路端體積大，重量大，抗振動(dòng)性能會(huì)變差。

圖1 幾種常見(jiàn)的電容加載方式

圖2 一種電容加載的梳狀線濾波器

為了解決上述問(wèn)題，本文提出了一種加工簡(jiǎn)便，又兼顧各方面要求的電容加載方式。

2 加工簡(jiǎn)便的電容加載梳狀線濾波器

如圖3所示的電容加載梳狀線濾波器，每個(gè)諧振器中有三根方柱，其中較長(zhǎng)的一根為諧振桿，下端與腔壁連接，開(kāi)路端朝上;較短的兩根連接在腔壁的另一端，與中間諧振桿的開(kāi)路端形成電容效應(yīng)，或者說(shuō)減小了開(kāi)路端的特性阻抗，從而使得諧振桿的長(zhǎng)度小于1/4波長(zhǎng)。

圖3 加工簡(jiǎn)便的電容加載梳狀線濾波器

這種結(jié)構(gòu)加工十分方便。所有的方柱都可以在一塊金屬平板上加工出來(lái)(即圖3中畫出的部分)，這種加工可以采用線切割，并且可以多塊平板疊在一起同時(shí)進(jìn)行線切割，加工速度很快。切割好后，只要在前后加上蓋子即可。與圖2中相比，這種形式的電容加載可通過(guò)調(diào)節(jié)諧振桿旁邊的柱子長(zhǎng)度方便地調(diào)節(jié)其加載量，而不會(huì)造成加載較多時(shí)開(kāi)路端過(guò)大、過(guò)重。

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線通信用的濾波器。其通帶為1.92～1.98GHz，通帶邊緣一倍帶寬以外的抑制達(dá)到-60dB，帶內(nèi)反射低于-20dB。

根據(jù)上述要求，采用6級(jí)的濾波器可以實(shí)現(xiàn)。限于篇幅，本實(shí)例只為驗(yàn)證上述的電容加載方式的有效性，而對(duì)濾波器的其它指標(biāo)，如插入損耗等暫不考慮。設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

首先，用電磁仿真軟件CST對(duì)一個(gè)單獨(dú)的腔體進(jìn)行仿真。調(diào)整參數(shù)使其諧振在中心頻率1.95GHz處。結(jié)構(gòu)如圖4所示。結(jié)果示于圖5中。

從圖5中可以看到，當(dāng)hc約為17mm時(shí)，諧振頻率正好是1.95GHz。

單腔仿真后，進(jìn)行雙腔仿真，求耦合系數(shù)，以得到兩腔之間的距離。耦合系數(shù)公式如下：

圖4 單腔仿真(單位：mm)

圖5 單腔仿真結(jié)果(單位：mm)

其中f1和f2分別是前兩個(gè)諧振模式的頻率。由于本濾波器無(wú)交叉耦合，因此對(duì)k的正負(fù)可以不予考慮。通過(guò)調(diào)整兩腔間的距離，使算得的k值與參考中查表所得一致即可。具體過(guò)程由于篇幅不加詳述。

最后介紹的群時(shí)延調(diào)節(jié)法，調(diào)節(jié)同軸線接頭的高度。同時(shí)，由于單腔、雙腔等分離調(diào)節(jié)的方式會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，因此還要用這種群時(shí)延的方法對(duì)整個(gè)濾波器進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。各個(gè)尺寸參數(shù)的最終值、模型立體圖和S參數(shù)曲線分別示于圖6、圖7和圖8中。其中同軸線的尺寸為：外導(dǎo)體直么4.1mm，內(nèi)導(dǎo)體直徑1.3mm，介電常數(shù)2.08。

圖6 濾波器最終尺寸結(jié)果，其余尺寸與圖4相同

(單位：mm)

圖7 模型立體圖

圖8 電磁仿真S參數(shù)曲線

4 結(jié)論

本文所采用的新型的電容加載方式，其加工十分簡(jiǎn)便，又能較好地克服加載較多時(shí)開(kāi)路端過(guò)大過(guò)重的問(wèn)題。仿真結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，顯示了該方案的可行性。進(jìn)一步的工作是討論這種加載方式對(duì)腔體Q值的影響，以及對(duì)濾波器寄生通帶的影響。