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1、电子科技大学 贾宝富 博士 新技术讲座（一） 关于混合腔滤波器技术 的一些设想 谐振器与滤波器 n微波滤波器是由谐振器（或称谐振腔）和耦合 结构组成的。谐振器的基本参数是谐振频率和 Q值。它与滤波器特性之间的关系如下所示。 滤波器工作频率 滤波器寄生通带 滤波器插入损耗 混合腔与混合模技术 n从上世纪90年代开始，人们就开始研究混合腔 和混合模技术。当时，混合腔和混合模技术主 要用于改善介质滤波器的寄生通带特性。 混合模 基本思路 n过去，混合腔/混合模滤波器都是利用了不同 腔体的高次模式不同来抑制寄生通带。他们主 要是利用了腔体的频率特性。对于不同腔体Q 值对滤波器滤波特性的影响基本上没有考
2、虑。 我们知道，滤波器的滤波特性曲线是由组成滤 波器的各个腔体的谐振峰叠加而成的。过去滤 波器的设计或者假设腔体无耗（Q无穷大）， 或者假设腔体损耗相同。当腔体损耗大时，滤 波特性曲线出现“塌肩”现象。使滤波特性曲 线变差。 腔体损耗对滤波特性曲线的影响 Ku波段带通滤波器腔体Q值变化对S21曲线的影响 （Q=5000，10000，20000）。 中间影响不大 两侧影响大 一些设想 n能否把不同Q值的腔体组合在一起，Q值高的 谐振峰放在滤波特性曲线的两侧，Q值低的谐 振峰放在中间。用少量的高Q腔消除滤波器特 性曲线“塌肩”现象。这样，滤波器的插损变 化不大，滤波器特性曲线“塌肩”现象也得以 消
3、除。我设想的组合方式包括，微带&同轴腔 组合；微带&介质谐振器组合；悬置微带&同 轴腔组合和悬置微带&介质谐振器组合等多种 组合方式。由于微带/悬置微带谐振器的体积 小，滤波器的整体体积将会有大幅下降。 影响插入损耗的主要因素 n影响滤波器插入损耗的因素主要有: q腔体Q值（唯一可变因素）； q滤波器带宽（用户需求决定，不能改变）； q腔体数量（带外抑制特性决定，不能随意改变）； 4腔滤波器（Schematic 1） 均匀腔体 Q=1300 4腔滤波器（ Schematic 2 ） 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=3500 4腔滤波器（ S
4、chematic 3 ） 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=3500 4腔滤波器（ Schematic 4 ） 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=3500 4腔滤波器（ Schematic 5 ） 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=3500 插入损耗比较 均匀腔体比较 Q=3500 Q=1300 Q=500 带外隔离特性比较 回波损耗比较 结果分析 n（1）从以上电路仿真结果对比来看，不同Q 值的组合，对滤波器的带外抑制基本没有影响 ，最主
5、要的是影响通带内的插损和矩形系数， 即常说的“塌肩”现象的影响。 n（2）串联结构中Q值的不同组合对反射损耗 有影响。 n（3）串联结构中Q值的不同组合对插入损耗 影响很大，有出现最佳组合的可能。四腔串联 最佳组合方式为“低Q-高Q-高Q-低Q”组合 方式。 带交叉耦合的四腔滤波器 交叉耦合对插入损耗的影响 Q=3500 Q=1300 “低-高-高-低” 高Q=3500； 低Q=500 Q=500 “高-低-低-高” 高Q=3500； 低Q=500 反射损耗曲线 Q=3500 Q=1300 “低-高-高-低” 高Q=3500； 低Q=500 “高-低-低-高” 高Q=3500； 低Q=500
6、最佳组合结构Schematic 3 “低Q-高Q-高Q-低Q”组合 高Q=3500； 低Q=500 优化后插入损耗 优化后反射损耗 优化后S21曲线 优化后S11曲线 优化前后归一化耦合矩阵 n优化前 n优化后 ms1_a=1.15318224015245 m12_a=0.964335472488117 m14_a=-0.0805676734881731 m23_a=0.758055377008248 m34_a=0.934995318672 m4L_a=1.03430348585645 m11_a=-0.00300000000000009 m22_a=8.85782083897293e-7
7、m33_a=1.87339132901858e-7 m44_a=-2.0841074260486e-7 ms1_a = 1.076082961 m12_a = 0.9425356042 m14_a = -0.0797574602 m23_a = 0.756617048 m34_a = 0.9425356035 m4L_a = 1.076082961 m11_a = -8.326672685E-17 m22_a = 3.037691886E-7 m33_a = 1.676280178E-7 m44_a = -4.713972064E-7 四腔并列结构 插入损耗 反射损耗 小结 n并列结构单个控制
8、谐振点位置作用明显。 n适宜做交替结构。 n三维结构实现困难。 5腔滤波器（Schematic1） 高Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=500 低Q腔体 Q=500 5腔滤波器（Schematic2） 低Q腔体 Q=500 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 5腔滤波器（Schematic3） 低Q腔体 Q=500 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 5腔滤波器（Schematic4） 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 低Q腔体 Q=500 低Q腔体 Q=500 5腔滤波器（Schematic5） 低Q腔体 Q=500 低Q腔体
9、Q=500 低Q腔体 Q=500 高Q腔体 Q=3500 高Q腔体 Q=3500 插入损耗比较 均匀腔体比较 Q=3500 Q=1300 Q=500 6腔滤波器 nSchematic 1（低-高-高-高-高-低） 6腔滤波器 nSchematic 2（高-低-低-低-低-高） 6腔滤波器 nSchematic 3（高-高-低-低-高-高） 6腔滤波器 nSchematic 4（低-高-低-低-高-低） 6腔滤波器 nSchematic 5（低-低-高-高-低-低） 插入损耗比较 反射损耗 与均匀腔体比较 Q=3500 Q=1300 Q=500 7腔滤波器 nSchematic 1(低-高-高-
10、高-高-高-低） 7腔滤波器 nSchematic 2(高-低-低-低-低-低-高） 7腔滤波器 nSchematic 3(高-高-低-低-低-高-高） 高 7腔滤波器 nSchematic 4(低-低-高-高-高-低-低） 高 7腔滤波器 nSchematic 5(低-高-高-低-高-高-低） 高 插入损耗 与均匀腔体比较 Q=3500 Q=1300 Q=500 8腔滤波器 nSchematic 1(低-高-高-高-高-高-高-低）； nSchematic 2(低-低-高-高-高-高-低-低） nSchematic 3(高-高-低-低-低-低-高-高） nSchematic 4(低-高-低-高-高-低-高-低） nSchematic 5(低-高-低-高-低-高-低-高） 插入损耗 与均匀腔体的比较 Q=3500 Q=1300 Q=500
