同軸腔體窄帶帶通濾波器快速設(shè)計方法

２０１３年８月

艦船電子對抗

ＳＨＩＰＢＯＡＲＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥ

Ａｕｇ．２０１３

Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．４

第３６卷第４期

同軸腔體窄帶帶通濾波器快速設(shè)計方法

張 強 ，張貞鵬 ，李 偉

（１．中國電子科技集團公司１３所，石家莊０５００５１；２．空軍駐石家莊地區(qū)軍事代表室，石家莊０５００５１）

｝口

摘要：為了滿足衛(wèi)星用濾波器研制周期短、可靠性高的要求，提出了一種快速設(shè)計經(jīng)典同軸腔體濾波器的方法。該

方法通過原型濾波器查表可以計算濾波器節(jié)數(shù)、耦合常數(shù)、群時延、單腔諧振頻率、單腔Ｑ值等初始值；通過使用三

維電磁（ＥＭ）仿真軟件得到單腔調(diào)諧釘長度和加載電容值的對應(yīng)關(guān)系、兩個腔體間耦合系數(shù)及端口抽頭高度等模型

ＳｎＰ參數(shù)；通過電路仿真軟件使用集總元件對電容加載的量值進行優(yōu)化，極大地提高了仿真的速度。最后使用該協(xié)

同仿真方法設(shè)計一同軸腔體濾波器，并對仿真結(jié)果進行了驗證。

關(guān)鍵詞：同軸腔體濾波器；協(xié)同仿真；諧振；三維電磁；建模

中圖分類號：ＴＮ７１３．５ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：ＣＮ３２—１４１３（２０１３）０４—００９５—０６

Ｆａｓｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｏａｘｉａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ—ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ

ＺＨＡＮＧ Ｑｉａｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ—ｐｅｎｇ ，ＬＩ Ｗｅｉ。

（１．Ｔｈｅ １３ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｌａｚｈｕａｎｇ ０５００５１，Ｃｈｉｎａ；

２．Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｉｎ Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００５ １，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｄｅｓｉｇｎ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆｉｌｔｅｒｓ

ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｆｉｌｔｅｒｓ，ａ ｆａｓｔ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｃｏａｘｉａｌ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ

ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｆｉｌｔｅｒ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｃｏｕｐｌｅｄ ｃｏｅｆｆｉ—

ｃｉｅｎｔ，ｇｒｏｕｐ ｔｉｍｅ—ｄｅｌａｙ，ｓｉｎｇｌｅ—ｃａｖｉｔｙ ｒｅｓｏｎａｔｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ Ｑ－ｆａｃｔｏｒ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｏ—

ｔｏｔｙｐｅ ｆｉｌｔｅｒ ｔａｂｌｅ；ｔｈｒｏｕｇｈ ３Ｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ（ＥＭ）ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｌａ—

ｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ—ｃａｖｉｔｙ ｔｕｎｉｎｇ ｓｃｒｅｗ ａｎｄ ｌｏａｄｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｖａｌｕｅ，ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉ—

ｃｉｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｃａｖｉｔｉｅｓ ａｎｄ ＳｎＰ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍｏｄｕｌｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔａｐ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｐｏｒｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｂ—

ｔａｉｎｅｄ；ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｃａｎ ｂｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｓｈｏｒｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ

ｌｕｍｐｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｌｏａｄｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｖａｌｕｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ ａ ｃｏａｘｉａｌ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ

ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｘｉａｌ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｉｌｔｅｒ；ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；３Ｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ

０

設(shè)計，所以使得研制周期中的相當一部分時間花費

在仿真計算中，影響了研制周期。

微波濾波器是雷達系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、測量系 為了縮短同軸腔體濾波器的仿真時間，本文提

出了一種使用三維電磁仿真軟件和電路仿真軟件結(jié) 統(tǒng)等必不可少的組成部分，一般被用來分開或整合

合使用的設(shè)計方法，可以提高濾波器的設(shè)計速度。

最后對該設(shè)計方法進行驗證，證明該方法的正確性。 短，對于濾波器這種不能系列化生產(chǎn)的產(chǎn)品研制速

不同頻段的信號Ｌ】］。隨著通信設(shè)備研制周期的縮

度提出了很高要求。對于腔體濾波器來說，目前的

設(shè)計方法都是使用仿真軟件對濾波器進行電磁仿

真，然后再進行實物加工調(diào)試。由于三維電磁仿真

計算量大，目前的硬件條件還不能支持快速的仿真

設(shè)計方法理論分析

同軸腔體窄帶帶通濾波器的模型圖如圖１所

示，它可以看做一系列諧振腔的組合。每個諧振

收稿日期：２０１３一Ｏ６一Ｏ８

９６ 艦船電子對抗 第３６卷

３４５６７８

桿代表一個諧振腔，諧振于濾波器的中心頻率附

近；諧振腔的諧振頻率決定濾波器的中心頻率，Ｑ 法的本質(zhì)就是將３Ｄ電磁（ＥＭ）軟件中的模型Ｓ參

維仿真軟件（ＡＤＳ）中進行優(yōu)化。所以快速設(shè)計方

數(shù)提取到電路仿真軟件中，使用集總元件對電容加

載的量值進行優(yōu)化。 諧振腔的耦合量，端口處的探針決定濾波器與外

１．１ 根據(jù)設(shè)計指標確定濾波器的初值

值影響濾波器的插入損耗［２］。耦合膜片控制相鄰

界的耦合，耦合量決定濾波器的帶寬。所以在設(shè)

計濾波器的過程中，重點設(shè)計單個諧振腔的諧振

頻率、Ｑ值以及各個諧振腔之間耦合量和邊緣諧

振腔與外界的耦合。

Ｕ 麒 片 １ Ｕ

一一 － －

已知濾波器的中心頻率、帶寬、插入損耗、波紋、

帶外抑制度等，通過原型濾波器查表可以計算濾波

器節(jié)數(shù)、耦合常數(shù)、群時延、單腔諧振頻率、單腔Ｑ

值［３ 等：

．

崖 ’Ｕ

Ａｗ一（叫 一ｗ ）／ — （１）

ｌｎｕ｝１｝ｌ

Ｋ ＝／Ｘｗ／￣／ｇ ｇ （２）

０６ ３５６０２０７８

ＯＯ０ Ｏ

Ｑ 一ｇｏｇ１／Ａｗ （３）

０３２Ｏｌ７７Ｏ８４

∞ ” ：２ ∞

Ｏ００ Ｏ

ＯＯ００

８５５｛

式中： 和叫 為濾波器的通帶邊緣頻率；Ａｗ為濾

波器的相對帶寬；ｇ 、ｇ 為原型濾波器值；Ｋ ，為第ｉ

諧振腔１ 諧振臟２ 諧振腔３ 諧振腔”

ｌ０ｌｌ２２２２２

２７３ｌ

Ｏ９４７

諧振腔和第Ｊ諧振腔之間的耦合系數(shù)；Ｑ 為濾波器

２ ２２４，。２ ６２Ｏ

２３７ｌ 衛(wèi)卯 舛 ５６９４４ ｎ

ｌＯｉ｛

圖１仿真建模原理圖

與外界的耦合系數(shù)。

ＯＯ

諧振腔上的調(diào)諧螺釘用于調(diào)試濾波器的諧振頻

考慮到使用查表和計算的方法相對麻煩，為了

方便，可以將計算過程編人Ｅｘｃｅｌ中，如圖２所示。

ｌｌｌｌ２２２

Ｏ４６０７９７９

∞ 卯 佗

Ｏ７８４２６９２

躲

∞

率，因為該螺釘?shù)淖饔玫刃椋眰€電容，所以也成為

電容加載。螺釘深入的長短反映了電容加載的大

小。在后續(xù)的設(shè)計過程中，將該螺釘?shù)拈L度放在二

Ｃｈｅｂｙｃｈｅｖ ｇ ｖａｌｕｅｓ＆Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔｓ（ｖｅｒ １ １）

Ｏ

通過輸入已知參數(shù)，就可以很輕松地得到濾波器節(jié)

２７４２６２７

數(shù)、耦合常數(shù)、群時延、單腔諧振頻率、單腔Ｑ值等

參數(shù)。

［二 ］ｄＢ

，～２４９６

｛，０２

Ｑ Ｉ＝５［玨０亟００口Ｉ ｅ

Ｎ ｇｌｔｏｇ，￣．１ ｇｉ ｇ４ ｇｏ 散 ｇｓ

３ ２ ８１ ０ ８５３ ４ ０００ １０３ ９ Ｏ ８５３ ４

４ ４ ５７ ２９２ ３

５ ６ ４９

６ ８．４０ ０ ９９５ ８ ４１３ １

７ ｌＯ．４０ １．００９ ７ ０００ ｌ ９４１ ４ Ｌ０００ ０

８ １２．３４ ｌ Ｏｌ８ ９ ０００ ４５１ ８ １ ９６８ ２ ０．８３３ ６

９ ｌ４ ３７ １ ０２５ ２ ０００ ｌ ９８５ ２

１０ ｌ６ ３２ ４６８ ９ ｌ ９９６ ７ ｌ ６３３ ７ ０ ８４２ ６ ｌ ２２２ ２

ｌ１ ｌ８３６ １ ０３３ ２ ０００ ４７４ １

ｌ２ ２Ｏ＿３２ １．Ｏ３５ ８ ０００ ４７８ １ ２ ０１０ ９ １ ７２９６ １ ６４５ ３ １ ８０６ ５ ０ ８４７ ５ １ ２２２ ２

Ｃ 匝要＝＝］ＭＨｚ ＢＷ

Ｏ．９３３ ２ ０００ ｌ ５７９ ５

０ ９７３ ２ ０００ ３７２ ３ １ ８０３ ２

１．Ｏ２９ ８ ０００

ｇ， ｇ６

０ ０４４ ｄＢ

２５ ５４３

∞

０００ １ ８９５ ０

４３６ ８

４６１ ８

２．００４ ９ １ ６９８ ７ １ ４７４１ １ ０３３ ２ １ ０００ ０

ｇｌｉ ｇｌ ２ ｇ１３

ｌ ４６１ ８

１．０００ ０

Ｑ ＆島

Ｎ Ｌｏｓｓ（ｄＢ） ｌ Ｋ６ Ｋ ８ “９ Ｋ９ｌｏ Ｋｌ０ｌ１ Ｋ１１ｌ２

ｌ２ ｊ４

＾２

‘ ６

［） ２

Ｏ．２６ ０１０５ ３５ Ｏ．ｏ０９７６

０．４２ ０１００７５

０ ６Ｏ ０．０９８ ６６ ０．００８ ２０ ０ ００６ ０２

Ｏ ７７ ０．０９７ ５３ ０ ００５ ７９ ０．００５ ５３

０．９５３ ０ ０９６ ８６ ０．００７ ８６ ０．００５ ６７ ０ ００５ ３４ Ｏ ００５ ６７

１．１３ ０ ０９６４２ ０．００７ ７９ ０ ００５ ６０ ０ ００５ ２５

ｌ ３２ ０．０９６ｌ２ ０．００７７４ ０ ００５ ５６ ０ ００５ １９ ０．００５ ０９ ０．００７７４ １０８．２３

１．５Ｏ ０ ０９５ ９１

１．６８ ０．０９５ ７５

ｌ ８６ ０．０９５ ６３

Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ

ｒ１

Ｏ．０Ｏ９ ７６

０．００８ ６３ ０ ００６ ６３ ０．００８ ６３

０．００７９９

０．００７ ７０ ０．００５ ５３ ０．００５ １６

０．００７ ６８ ０ ００５ ５ｌ ０．００５ １３ ０．００４９７

０．００７ ６６ Ｏ．ｏ０５ ４９ ０００４９４ ０ ００４９９ ０．００５１２ ０．００５４９ ０ ００７６６

０ ００６ ０２

０ ００５ ２５

０．００５ １２

０．００７ ９９ ｌ０５ ｌ２

０ ００５ ０１ １０８．７１

０．００５５３ ０．００７７０

０ ００５１３ ０ ００５５１ ０ ００７６８

９０ Ｏ９

９８ ５２

ｌＯ２ ７４

１０６ ５９

ｌ０７ ５６

ｌＯ９ ０７

１０９．３４

ｔ６ ｈ｜８ ｔ９

９．００９ ６

１０．５４７ ７

１１．２００ ２

ｌ１．５３３ ８

１１ ７２７ ０

１１．８４９１

１１ ９３ｌ ２

ｌ１ ９８９１

１２ ０３ｌ ５

１２ ０６３ ６

５１．２４１ ０

５３，０７０ ４ ７３ ２６８ ９

５３．８６２ ３ ７５ ５０７ ４ ６５．８９３ ８

５４．２８９ ６ ７６ ４７６ ２ ６７ ７１８ ｌ ９１ ２２０ ６

圖２ Ｅｘｃｅｌ計算初始值

第４期 張強等：同軸腔體窄帶帶通濾波器快速設(shè)計方法 ９７

Ｚ

１．２確定單個諧振腔的結(jié)構(gòu)

根據(jù)１．１中單腔諧振頻率、單腔Ｑ值以及對濾

波器體積的要求，設(shè)計出單個諧振器的結(jié)構(gòu)。通過

３Ｄ ＥＭ仿真軟件的本征膜方法可計算諧振腔的諧

振頻率和Ｑ值，保證可實現(xiàn)最終的設(shè)計目標。

Ｚ

圖５相鄰腔體耦合系數(shù)仿真

ｆ ２一ｆ ２

Ｋ一 （４）

Ｊ Ｐ Ｉ ＪⅢ

１．３．２端口抽頭高度的確定

邊腔與外界的耦合是用Ｋ。 和Ｋ 來表示的，在

罔３ ＣＳＴ軟件仿真

操作中，只需用群時延ｔ。就可以了。ｔ 可以從低通

濾波器原型濾波器ｇ值和相對帶寬△ 計算得出：

￡．一 （５）

Ａｗ

根據(jù)圖３的結(jié)構(gòu)模型，在諧振腔的頂部加入集

總參數(shù)電容，分別仿真諧振腔諧振頻率。在相同諧

振頻率下得到螺釘長度和加載電容值的對應(yīng)關(guān)系，

如圖４所示。

如圖６（ａ）所示，通過調(diào)整耦合圓盤伸入的長度

和內(nèi)導體的高度，使群時延最大值位于ｆｏ一２ ＧＨｚ

處，且其最大值與ｔ 一２２．７ ｎｓ相等，這樣就可以確

定抽頭的高度，調(diào)好的群時延如圖６所示。

１．４整體模型仿真和優(yōu)化

濾波器的全部主要參數(shù)已經(jīng)得到，在３Ｄ ＥＭ

仿真軟件中進行整體建模，此時該濾波器除了具有

輸入、輸出端口外，還應(yīng)該在每個諧振腔的頂端加入

端口，將仿真的ＳｎＰ文件導出。

圖４ 電容加載電路仿真

在電路仿真軟件ＡＤＳ中建模，采用Ｓ參數(shù)仿

真方法，使用從３Ｄ ＥＭ仿真軟件中導出的ＳｎＰ文

件，并在對應(yīng)諧振腔的端口上加入對地耦合電容。

優(yōu)化耦合電容可以得到需要的濾波器曲線。

１．３端口和耦合系數(shù)的三維實現(xiàn)

此部分是關(guān)鍵所在，主要使用ＣＳＴ軟件強大的

場計算功能、ＡＤＳ軟件的電路計算和優(yōu)化功能。

１．３．１ 相鄰腔體耦合系數(shù)確定

２個相同的腔體模型放在一起，如圖５所示。

對照１．２節(jié)中的數(shù)據(jù)可得到每個調(diào)諧螺釘?shù)纳?

度，從而得到三維仿真軟件中的濾波器結(jié)構(gòu)參數(shù)。

中間通過縫隙連接，使２個腔體中的電磁能量可以

交換，便構(gòu)成了耦合。其中耦合分電耦合與磁耦合，

即電容耦合與電感耦合。

圖５中２個同軸腔體中間開縫，縫寬改變就可

２ 設(shè)計實例

下面用一個設(shè)計實例來說明上面的設(shè)計過程。

２．１ 設(shè)計指標

改變耦合系數(shù)。先設(shè) ｚ面（即縫所在的面）為電

壁，用本征模解算器求出第１個模式的諧振頻率，令

其為／ ；再設(shè) ｚ面為磁壁，算出第１個諧振頻率，

作頻率：６７０～７２０ ＭＨｚ；ｌ ｄＢ帶寬：≥

５０ ＭＨｚ；插損：≤１ ｄＢ＠６７０～７２０ ＭＨｚ；駐波：≤

１．５＠６７０～７２０ ＭＨｚ；帶外抑制：≥４０ ｄＢｃ＠ＤＣ～

６３５ ＭＨｚ＆７４５～１ ５００ ＭＨｚ。

令其為－廠 ，于是２個諧振腔之間的耦合系數(shù)Ｋ可

９８ 艦船電子對抗 第３６卷

潁事，ＧＨｚ

（ｂ）

圖６抽頭仿真

腔諧振器Ｑ值為３ ０００時，插入損耗為０．１ｌ ｄＢ，考 原型濾波器值、耦合系數(shù)和插入損耗以及群時延的

慮上波動，可以滿足指標要求。表ｌ、表２及表３是 原始參數(shù)。

表ｌ原型濾波器值

ｇｏ ｇ’ ｇ２ ｇ３ ｇ ｇ５ ｇ６ ｇ７

１．０００ １．１６８ ｌ １．４０４ ０ ２．０５６ ２ １．５１７ １ １．９０２ ９ Ｏ．８６１ ８ １．３５５ ４

表２耦合系數(shù)和插入損耗

插入損耗（ｄＢ） Ｑｎ Ｋ１２ Ｋ２３ Ｋ３４ Ｋ４５ Ｋｓ６

Ｏ．１８ ０．２４８ １７ ０．０５６ １８ ０．０４２ ３４ ０．０４０ ７３ ０．０４２３ ４ Ｏ．Ｏ５６ １８

表３ 群時延

ｆｌ ｆ２ 如 ｆ５

因為使用的單腔參數(shù)為２０ ｍｍ×１８ ｍｍ×４０ ｍｎｌ，

所以耦合系數(shù)Ｋ。 的仿真模型和上面使用的模型不

６５．２８１ ７ １４．８７２ ８ １７．８７５ ９ ４１．Ｏ５３ ３ ３７．１９２ ２

同，考慮到耦合的方向不同，所以使用的仿真模型如

圖８所示。

Ｚ

２．３端口和耦合系數(shù)的三維實現(xiàn)

從上面的濾波器初始數(shù)據(jù)可以看出，Ｋ 一

Ｋ Ｋ 。一Ｋ 所以需要仿真的耦合系數(shù)包括Ｋ ：，

Ｋ。。，Ｋ 仿真使用的模型如圖７所示。

Ｚ

圖８耦合系數(shù)Ｋ。 仿真模型

圖７耦合系數(shù)Ｋｌ ２和Ｋ２ 仿真模型

通過仿真可以看到：由耦合系數(shù)Ｋ。 ＝＝＝

０．０４０ ７３，從而可以得出Ｗ。 一４２．６ ｍｍ。抽頭結(jié)構(gòu)

通過仿真可以看到：由Ｋ 一Ｋ 一Ｏ．０５６ １８，可

以得出１腔和２腔間的耦合縫隙寬度等于５腔和６

腔間的耦合縫隙寬度，即叫１２一 ５６—１１．７ ｍｍ；同理

由耦合系數(shù)Ｋ 。一Ｋ ＝＝＝０．０４２ ３４，可以得出Ｗｚ。一

Ｊ４５—９．５ ｍｍ。

的仿真使用圖９所示的仿真模型，通過２．２節(jié)可以

得到第一諧振器的群時延１４．８７２ ８ ｎｓ，所以對抽頭

的高度進行調(diào)整，最后得到抽頭高度為１５ ｍｌｎ。

２．４整體仿真

使用上面仿真得到的數(shù)據(jù)進行整體建模，模型

第４期 張強等：同軸腔體窄帶帶通濾波器快速設(shè)計方法 ９９

圖９抽頭仿真模型

如圖１Ｏ所示。

Ｓ Ｐａｒａｍ

ＳＰｌ

Ｓｔａｒｔ ２００ ＩＨｚ

． ． ． －

一一，一

一

ｌ ２ ３ ４

０ ０ ０ ０

Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ

圖１１ ＡＤＳ仿真原理

圖１０濾波器仿真結(jié)構(gòu)

將三維電磁仿真軟件（ＨＦＳＳ）仿真的Ｓ８Ｐ文件

導出，在ＡＤＳ中建立如圖ｌ１所示的電路結(jié)構(gòu)圖，在

圖中的ＳｎＰ空間中導入Ｓ８Ｐ文件。將諧振腔中的

一

５０ ０

Ｉ， ｊ

ｊ

－

魯獸．６０．０

．

７０．０

８０．Ｏ

頻率＝６９５．０Ⅶ

ｄＢＳ ６０３

（

Ｉ２７

（）

！

）

．．

電容加載效應(yīng)使用６個集總電容代替，進行優(yōu)化，得

到濾波器的曲線如圖１２所示。在ＨＦＳＳ中得到的

濾波器的主要物理尺寸如表４所示。

—

—

—

．

一

９Ｏ Ｏ

’—ｒ一’ｒ—ｒ—一一…一—ｒ］一１—

ｌ００．Ｏ

６００ ６２０ ６４０ ６６０ ６８０ ７００ ７２０

頻率／ＭＨｚ

圖１２ ＡＤＳ仿真結(jié)果

表４濾波器主要尺寸

變量 值（Ｆｌｉｍ） 描述 變量 值（ｒａｍ） 描述

ｎ ２Ｏ 腔體寬度 ＾ 調(diào)試用 調(diào)諧螺釘６的長度

６ １８ 腔體長度 ２．５ 調(diào)諧螺釘半徑

Ｃ ４Ｏ 腔體高度 ｒｐ ３ 柱體內(nèi)腔半徑

ｈ １５ 同軸接頭距底部的長度 Ｒ ８ 柱體的半徑

ｈ Ｉ 調(diào)試用 調(diào)諧螺釘１的長度 ｈｐ ２３．５ 柱體的高度

ｈ６２ 調(diào)試用 調(diào)諧螺釘２的長度 ｔ １ 模片的厚度

ＪＩ２棚 調(diào)試用 調(diào)諧螺釘３的長度 ＺＵＩ２ ｌ１．７ 諧振腔１和２的寬度

ｈ 調(diào)試用 調(diào)諧螺釘４的長度 Ｗ２３ ９．５ 諧振腔２和３的寬度

ｈ＾５ 調(diào)試用 調(diào)諧螺釘５的長度 叫３４ １２．６ 諧振腔３和４的寬度

ｌ０Ｏ 艦船電子對抗 第３６卷

２．５ 驗證

經(jīng)過調(diào)試后進行實物測試，得到濾波器的測試曲線

如圖１４所示，可以看出濾波器滿足設(shè)計要求。帶內(nèi)

插入損耗為０．８ ｄＢ，回波損耗小于１８ ｄＢ。

考慮到腔體濾波器長度要盡量小，且采用折疊

的結(jié)構(gòu)形式，如圖１３所示。

３ 結(jié)束語

本文提出了利用電路仿真軟件和３Ｄ ＥＭ（ＨＦ—

ＳＳ）進行聯(lián)合仿真同軸腔體濾波器的方法和步驟，

然后通過一個六腔濾波器的設(shè)計具體說明了該設(shè)計

方法。通過加工測試，可以得到設(shè)計的濾波器實測

數(shù)據(jù)和設(shè)計要求比較吻合，這證明了該方法的有

效性。

圖１３濾波器外形圖

圖１４測試曲線

同時使用該方法可以大大提高仿真同軸腔體濾

波器的速度，縮短研制周期，對濾波器的制作和設(shè)計

具有很大的實用意義。

參考文獻

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