一种Ka波段腔体滤波器的设计

（责任编辑： 周加转）
图 5 腔体滤波器的实一种 Ka 波段腔体滤波器的设计
李克有
（吉林长邮通信建设有限公司， 吉林 长春 130012）
摘要 ： 文章介绍了如何设计实现一个波导腔插片式 Ka 波段毫米波带通滤波器，通过在波导腔内对称插入不 同长度的有限厚度金属膜片，形成矩形波导的不连续过渡从而实现带通特性。腔体滤波器的 HFSS 仿真结果 和矢量网络分析仪的测试结果基本吻合，能够满足实际需要的技术指标。滤波器中心频率 36.2GHz，通带宽 度 800MHz 带，带外衰减大于 30dB。 关键词 ： 腔体滤波器 ； HFSS ； 波导 ； 带通滤波器 ； 电磁场仿真模型 中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编号 ： TN713 A 1009-2374（2011） 33-0044-02
S2 对于无耗无源双端口网络，存在 S1 1 1
2 2
图 2 构成腔体滤波器基本单元
图2是构成腔体滤波器的基本单元，因为金属膜 片的厚度为t，可以将II区看作一段矩形波导，因此I 和II区形成矩形波导的不连续过渡。因为I和II区的 边界上电场及磁场的切向分量分别相等，求解边界面 s上散射矩阵即可得到基本单元的传输特性。 由电磁场的基本理论可知，I和II区边界面s上横 向场分量相等，即：
在毫米波系统中由于波导的传输特性优良，在系 统体积要求不太严格的情况下，都优先考虑使用波导 器件。尤其是在滤波器，功分器以及耦合器等方面， 波导器件具有损耗小，功率容量大等电气性能。因此 本文的毫米波段混频后的边带抑制滤波器采用矩形波 导插片带通腔体滤波器。
其回波损耗可以表示为： （4）
二、腔体滤波器的结构
及基本单元间的波导段按图1方式级联后便可得到整 个滤波器的散射矩阵，在文献[4][5]中给出了详细的 推导过程。
图 6 腔体滤波器测试结果
三、腔体滤波器方针
四、结论
仿真和实测结果表明，本文设计的波导腔插片式 腔体滤波器能够满足一般毫米波前端的需求。当中心 频率为36.2GHz，通带宽度800MHz时，具有2dB带内插 损、小于1.5dB的驻波系数和中心频率1000MHz外小于 30dB的带外衰减。
图 4 腔体滤波器电磁场仿真结果
and Techniques， vol.50， no.8， pp.1969-1978， Aug.2002. 作者简介： 李克有 （1972-） ， 男， 吉林长邮通信建设有限公 司工程师， 硕士， 研究方向： 通信工程设计。
由于仿真结果和加工精度等的影响，实际制作滤 波器时还必须增加调谐结构以满足设计要求，腔体滤 波器的实物及测试结果如图5和图6所示：
参考文献
图 3 腔体滤波器电磁场仿真模型
根据参数要求建立的仿真模型和仿真结果如图3 和4所示。滤波器采用标准W-28矩形波导，金属片厚 度为0.1mm，长度分别为3.85mm，4.81mm，4.81mm， 3.85mm。插片间腔长分别为4.66mm，4.93mm， 4.66mm。
[1] 吕文中， 孙建， 梁飞， 刘坚． 低插损同轴型微波介质滤波器 的设计 [J]．电子元件与材料， 2004， （5） ． [2] 刘渝．波导 E 面金属膜片的分析及其在滤波器设计中的 应用 [J]．电子科技， 2005， （9）. 尹秋艳， 张洪刚． 一种可调带通腔体滤波器的设 [3] 熊莹霞， 计 [J]．舰船电子工程， 2005， 25（5） ． Kawthar A.Zaki， Full-wave Analysis of Coupling [4] Yu Rong， Between Cylindrical Combline Resonator， IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques， vol.47， no.9， PP.1721-1729， Sep.1999. Uwe Rosenberg， Jens Bornemann， Adap[5] Smain Amari， tive Synthesis and Deign of Resonator Filters With Source/ Load-Multiresonator Coupling， IEEE Transctions of Theory
2
图 1 金属插片是腔体滤波器结构原理
（1）
2
在式（1）中，ε是滤波器的纹波系数， Fn ( ) 是滤波器的特征函数， 是角频率。如果令 为归一 化低通原型滤波器的角频率，当 c 1(rad / s ) 时，在
C 处存在截止频率。对于线性时不变网络，滤波
器的传输函数可以表示为： （2） 公式（2）中N（p）和D（p）均为在复平面内 以p=σ+jΩ为自变量的多项式，理想的无源网络中 σ=0，p=jΩ。可以通过逼近法找到一个有理的传输 函数表达式实现所需的响应特性。通常采用如公式 （3）所示的有理传输函数表达式，它是由传输函数 的幅平方函数式（2）来构建的。 波导腔体滤波器的插入损耗可以表示为： （3）
本文采用波导腔插片式腔体滤波器结构，其结构 如图1所示，即在波导腔内对称插入不同长度的有限 厚度金属膜片。
一、腔体滤波器的原理
和其它无源器件一样，波导腔体滤波器也是一个 双端口网络，可以用S参数来描述它的传输特性。对 于一个理想的波导腔体滤波器网络来说，其传输函数 的幅平方可以由公式（1）来确定：
1 S2 1 ( j ) 1 2 Fn2 ( )
EtI s EtI H
I t s s I t s
H
1，
经计算可以得到I和II区入波幅度和出波幅度的
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2011.11
矩阵表达式：
(b I ) (a )
I

I S1 1 S1 2 a I S2 1 S2 b
其中 a I a II 为I和II区相对界面S的入波幅度， b I
b II 为I和II区相对界面S的出波幅度。将所有基本单元