小型化SIR同轴腔体滤波器的设计

(2 设计实例
该同轴腔梳状带通滤波器的技术指标要求为：中心频率f0=751 MHz，带宽BW=13 MHz，带内插损L01．0 dB，带外衰减>30 dB，在f0±20 MHz，腔体高度40 mm。
由文献[3]查表可知：n：6，g1=2．154 6，g2=1．104 1，g3=3．063 4，g4=1．151 8，g5=2．993 67，g6=0．810 1。
2．1 单腔谐振单元的物理尺寸
中心频率为751 MHz，1／4波长大约为100 mm，普通梳状线电容加载的滤波器的单个谐振器的尺寸为1／8波长约为50 mm，而要求腔体高度小于40 mm。在本实例中，采用在SIR结构中加载电容的方式。设定谐振腔长度为34 mm，谐振器总长lT为32 mm，对于空气填充的λg／4型SIR谐振腔，在θ1=θ2=θ0的条件下，可以确定l1=21 mm，可得Rz=tan2βl1=tan22πl1／l0=0．11，其中l0为空气中波长。
通带中心插损要求L01．0 dB，因此未加载Q值为：Q0>1 538．3，由知，(b的单位为cm)，得到b>0．85 cm，取b=9 mm。为了取得最大的Q值，Z1取值范围应该为75~90 Ω，因此可以将内导体半径分别确定为：a1=2．3 mm，a2=7．7 mm。由于阶跃结合面和开路端电容的不连续性与谐振器之间形成的耦合电容，以及电容加载的影响，故阶跃结合面与开路端的边缘电容和加载电容可以用一段等效的长度△li来代替。这样可以得到l2=l1-△lj，其中△lj≈Cfln(b／a1)／2πε0，Cf=Cfe+Cb，Cfe为端壁边缘电容，计算式见文献[2]，Cfs为边壁边缘电容计算式同文献[5]中梳状线带通滤波器的集总电容的计算。得到△lj=12 mm，则l2=9 mm。通过HFSS单腔本征模的仿真，可以得到最终尺寸a1=2 mm，a2=8 mm，l1=24 mm，l2=8 mm，如图3所示。

2．2 终端Q值
终端外界Q值就是终端电阻反射到第一个谐振器中所得到的Q值。Qe值在理论上可以从低通原型参数和滤波器指标中获得，第一个谐振器的Qe=gog1Ω／BW=53．865。同时Qe还可以通过S11在谐振频率处的群时延来提取。通过单腔驱动模式的仿真计算得到S参数，根据公式Qe=ω0τs11(ω0)／4，由此可得激励的高度为7．4 mm，如图4所示。另外，从耦合矩阵中得出耦合系数，通过改变耦合孔的高度来改变耦合量的大小，达到所要求的耦合系数，如图5所示。