小型化SIR同軸腔體濾波器的設(shè)計(jì)

微波帶通濾波器是無線電通信系統(tǒng)中的一類關(guān)鍵無源器件。近年來，隨著微波技術(shù)的迅速發(fā)展，無線電通信頻率資源日益緊張，這就對(duì)濾波器的性能指標(biāo)提出了更高的要求，因此研究新的高性能微波帶通濾波器具有十分重要的實(shí)際意義。而同軸腔濾波器具有功率容量大、體積小、Q值高、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，能夠符合帶內(nèi)插損小、帶外抑制高的設(shè)計(jì)要求。λg／4型階躍阻抗變換器(SIR)作為基本諧振單元在不減小無載Q值的情況下，可減小濾波器尺寸，并通過調(diào)節(jié)阻抗比來較好地控制雜散頻率。同時(shí)采用梳狀線的形式，由于一端的電容加載，進(jìn)一步縮短了諧振器的尺寸。SIR濾波器在結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上有很大的自由度，通過采用不同類型的傳輸線(同軸、帶狀線、微帶、共平面)或介電材料而使其有很大的應(yīng)用頻率范圍。

1 基本原理
SIR是由兩個(gè)以上具有不用特征阻抗的傳輸線組合而成的橫向電磁場(chǎng)或準(zhǔn)橫向電磁場(chǎng)模式的諧振器，包括λg／4型、λg／2型和λg型，都有開路面、短路面和它們之間的阻抗階躍接合面。圖1為λg／4型SIR結(jié)構(gòu)。

傳輸線開路端和短路端之間的特征阻抗和等效電長度分別對(duì)應(yīng)為Z1、θ1和Z2、θ2，輸入端的阻抗和導(dǎo)納分別定義為Zi和Yi。若忽略階躍非連續(xù)性和開路端的邊緣電容，那么Zi的表達(dá)式如下

當(dāng)Yi=0時(shí)，可得諧振條件為

由此可得諧振條件取決于θ1、θ2和阻抗率Rz。一般均勻阻抗諧振器(UIR)的諧振條件唯一取決于傳輸線的長度，而對(duì)SIR同時(shí)要計(jì)人長度和阻抗比。因此SIR比UIR多了一個(gè)自由度。圖2是同軸SIR的基本結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體的半徑和長度分別為a1、l1和a2、l2，外導(dǎo)體內(nèi)半徑為6，整個(gè)SIR總的電長度可表示為θr，則阻抗比Rz可以表示為

以θ2=θ2-θr代人式(2)并求解，得

為了實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，要求0RZ1，0θπ／2。由式(4)可知，當(dāng)tan2θ1=Rz，這時(shí)由此θT取最小值為

上述計(jì)算表明，θ1=θ2=θ0是一個(gè)特殊條件，并且(θT)min是隨著Rz的減小而減小，對(duì)諧振器的長度壓縮就越大。濾波器的雜散頻率由阻抗比由Rz決定。