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1、基于非谐振节点的波导滤波器设计赵白河南水利与环境职业学院基础部阐述了基于非谐振节点的广义耦合系数的提取、外部品质因数的理论，并结合波导滤波器的制作方法，设计了一款包含非谐振节点（NRN）元件的脊型波导滤波器.在结构上对该滤波器进行丫创新，利用非谐振节点的方式，在指定频率点处产生传输零点，使带外抑制提高了40dB，回波损耗也达到指标要求.滤波器选为六阶带通波导滤波器，中心频率为5GHz、带宽为200MHz,HESS中的仿真结果与理想结果较吻合，证明该设计是合理、可行的.关键词：非谐振节点;耦合系数提取;外部品质因数;波导
2、滤波器;和J.、表示导纳变换器，谐振器可以看做是电容与非频变电纳氏并联组成的一个整体.而另一个非频变电纳B、表示一个非谐振节点.此电路为带有单位负载G的双负载电路.利用该电路的对称性、奇偶模技术可以用来分析电路的原型.反射系数Su表示为其中而Q是可以从实频f中通过标准的带通到低通变换的方法得到其低通原型频率，公式为其中f。为所设计滤波器的中心频率，而d（FBW）是相对带宽.典型的双负载极点提取原型电路的频率响应如图2所示.原型电路在处产生一个传输零点，而位于处产生一个反射零点，计算公式为：从（1）—（2）式可以看出，图
3、1中的电路性能主要由3个参数，即Jn/B、、Jo/Bn和非频变电纳1^来决定.文献［4］中提出广义耦合系数，广义耦合系数的平方和外部品质因数倒数的公式为：考虑到公式（4）与（5），BjDk、可以从实测或仿真数据屮提取出来，即:从（6）—（9）式可知，若将传输零点置于滤波器通带的上方，那么非谐振节点的电纳值B、的符号为负，同样也可以将传输零点置于通频带的下方，则B、符号为正.同时，（9）式表明2个本征模之间的空间由广义耦合系数k、的绝对值确定.1.2外部品质因数与文献［1］中的传统谐振器类似，通过对_3dB带宽AQ3dB
4、估计可以提取出外部品质因数.从(1)式可得出当
5、F(Q3dB)1=1时，Sn的幅值为-3dB.由此可推导出:图2双负载极点提取原型电路的频率响应曲线图3广义外部品质因数的提取从⑹一(7)式可看出1^与^有一致的符号，并且符号的正负由B、的值决定.因此，(11)式中若kN〉0，则选择加号，反之选择减号.图3为在频率响应曲线中使用-3dB带宽提取广义品质因数的例子.由(8)—(9)式、(11)式组成一个完整的求单腔极点提取的特征多项式的集合.2波导滤波器的设计实例为证明广义耦合系数提取技术的实用性，设计一款带有2个传输零点
6、的六阶带通波导滤波器(见图4).此滤波器需要满足以下电气特性：(1)中心频率为5GHz;(1)通带频率为4.9~5.1GHz;(2)回波损耗为20dB;(3)带外传输零点为4.82,5.18GHz.图4六阶低通原型滤波器拓扑图2.1综合技术为了综合满足以上技术指标的滤波器原型，依据文献［2］中提出的应用于带有非谐振节点滤波器的综合技术，可得到耦合矩阵M的表达式：根据本文中提到的广义耦合系数提取方法以及文献［6］，得到:Mn=0.4406，M22=l.2385,M33=1.8113,1=0.1828,H1794,M66=
7、-l.1923,M77=-l.8531,M88=-0.4286,M12=0.739,M23=l.3,M24=0.52277,M15=0.5816,M56=0.5061,1=1.3,1=0.7145.2.2仿真实现本文选用波导滤波器XZil实现以上技术指标，首先根据文献［7］中有关波导滤波器的制作方法并结合六阶低通原型滤波器拓扑图得出如图5所示的脊型波导结构技术指标.然后在HFSS软件中根据图5所示的指标得岀整体的模拟仿真结构,如图6所示.根据文献［7］在HFSS中建立耦合矩阵元素与图5所示技术指标之间的关系，通过改变技
8、术指标各个变量的值，逐渐地逼近耦合元素屮的理想值，从而确定模拟仿真图6中各个变量的实际值.图5脊型结构的波导滤波器的技术指标图6HFSS中脊型结构的波导滤波器仿真模型各个技术指标在HFSS中设为变量，经过不断地迭代最终选择最接近理想耦合矩阵M的技术指标，此吋仿真过程结束，可将所得的技术指标作为标准进行实物加工.迭代过后的各个技术指标的值见表1.表1HESS中技术指标长度的最终值阁7理想曲线与仿真曲线结果对比将表1中确定的尺寸参数在波导滤波器中进行仿真，可得图7所示的仿真曲线.由图7可以看出，由于阻带高低两端引入传输零点
9、，使带外抑制提高了40dB,并II冋波损耗也达到20dB的技术要求.由理论得到的理想频率响应曲线与HFSS仿真得到的结果基本吻合.3结论本文研宄了应用于谐振节点与非谐振节点之间的广义耦合系数的提取技术.并且使用这些理论设计了一款结构新颖并且无须交义耦合就可在阻带高低两端引入传输零点的六阶广义切比雪夫带通滤波器.此滤波器结合了模块化
