第１０卷第３期 信 息 与 电 子 工 程 ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＶＯ１．１０．ＮＯ．３ ２０１２年６月 Ｊｕｎ．，２０１２ 文章编号：１６７２－２８９２（２０１２）０３—０２８７－０３ 用ｌａｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件设计腔体交指滤波器 魏 萍，廖云龙，杨秀强 （成都西科微波通讯有限公司，四』Ｉｌ成都６１００９１） 摘 要：基于ｋｔｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件仿真腔体交指滤波器的方法，设计了一个中心频率为５．５２ ＧＨｚ， 带宽为１．４ ＧＨｚ的交指滤波器，并采用矩形杆抽头线结构实现。制作的滤波器插损小于１．５ ｄＢ，驻 波比小于１．７，带外抑制大干４０ ｄＢ（ｆ０±１ ＧＨｚ），具有优良的带通特性。给出滤波器的实测曲线和仿 真曲线，两者的一致性较好。 关键词：腔体交指滤波器；Ｄｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件；仿真；抽头线 中图分类号：ＴＮ７１３．１ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃａｖｉｔｙ ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈ￣ｔｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＷＥＩ Ｐｉｎｇ，ＬＩＡＯ Ｙｕｎ—ｌｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｘｉｕ—ｑｉａｎｇ （Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｅｅｋｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ＣＯ．，ＬＴＤ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００９１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｖｉｔｙ ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈ ｇｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｎ ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｈｅｒ ｗｉｔｈ ５．５２ ＧＨｚ ｃｅｎｔｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ １．４ ＧＨｚ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｔａｐｐｅｄ—ｌｉｎｅ．Ｔｈｅ ｆｉｌｔｅｒ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｇｏｏｄ ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｂｅｌｏｗ １．５ ｄＢ，ｔｈｅ ＶＳＷＲ ｂｅｌｏｗ １．７，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｕｔ ｂａｎｄ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ａｂｏｖｅ ４０ ｄＢ（ａｔ ｆ０±１ ＧＨｚ）．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｔｅｒ ｓｈｏｗ ｇｏｏｄ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ． Ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｓｕｃｃｅｓｓ ｒａｔｅ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ ｄｅｓｉｇｎ ｐｅｒｉｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｖｉｔｙ ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ；ｇｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔａｐｐｅｄ—ｌｉｎｅ 微波滤波器种类繁多，其中交指型带通滤波器是微波滤波器中一种比较常用的结构形式，它是由平行耦合线 谐振器阵交叉组成的结构，具有优良的带通特性；可以做成微带、带线、悬置带线和腔体等多种结构形式；适用 范围非常广泛，其相对带宽可以从窄带的１％一直变化到宽带的７０％以上甚至更宽。本文设计的交指滤波器采用 矩形杆作自行支撑，相对于其他结构具有Ｑ值高和插损小的优点。交指滤波器传统的设计方法一般采用数值综 合法或者经验公式法。两者都存在一定的局限，数值综合法计算过程太繁杂，误差也较大；经验公式法对一些边 界情况例如缝隙ａ较小或较大，导带宽度较小时，误差明显较大¨ｊ。本文主要采用ｇｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件对交指滤 波器进行优化仿真设计，ｇｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件采用模式匹配法原理对模型进行仿真，具有相当高的准确性。本文给 出一个中心频率 为５．５２ ＧＨｚ，带宽 为１．４ ＧＨｚ的矩形杆交指滤波 器的设计实例，并采用抽头线结构，对其进行研制，最后得到实测曲线。 １ 滤波器的设计 对于交指滤波器，传统结构中对于不同的带宽有不同设计方法【２ ］， 其中主要差别在于输入输出匹配结构上，比如窄带时要用到阻抗变换的 多余杆来实现谐振器与源的匹配，宽带时则可以去掉多余杆。图１是抽 头线交指滤波器的原理图。设计抽头线交指滤波器，内部结构可以去掉 多余杆，对于窄带和宽带的设计都可以适用，但是对于窄带和中等带宽 设计精确度要求较高。 Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｔａｐｐｅｄ—ｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｉｌｆｔｅｒ 图１抽头线交指滤波器原理图 收稿日期：２０１１－０５—２３；修回日期：２０１１－０７—１９ ２８８ 信息与电子工程 第１０卷 本文设计的滤波器的指标为：中心频率为ｆｏ＝５．５２ ＧＨｚ；带宽为 １．４ ＧＨｚ；带内插损为厶＜２ ｄＢ；驻波比 ＶＳＷＲ＜Ｉ．８：１；带外抑制在厂。士ｌ ＧＨｚ的地方要求大于４０ ｄＢ。根据指标要求本滤波器采用１１级抽头线交指滤波器 结构，内部谐振器采用矩形杆来实现。 、 １．１滤波器初值的确定 在本设计中，将对滤波器的指长、抽头线的位置、各谐振 器的宽度和谐振器之间的距离进行初值确定。在交指滤波器的 设计中，正确的指长是至关重要的，只有选择了正确的指长， 滤波器的频率特性才能得到保证。图２是交指滤波器内部谐振 器排列示意图。假定第ｋ个谐振器的指长为 ，它的开路面和 对面接地面的距离为 ，， 为交指滤波器两接地面之间的距 离，根据经验设定 的初值为２ ｍｍ。 根据交指滤波器理论， 和 存在下面的关系式： ＋ ＝去 （１） Ｆｉｇ．２ Ｐａｒｅｔ图２交ｏ ｄｉａｇｒａ指滤波ｍ ｏｆ ｉｎｎ器内ｅｒ ｒｅ部谐振器排列图ｓｏｎａｔｏｒ ｏｆ ｉｎｔｅｒｄ ｉｇｉｔａｌ ｉｆｌｔｅｒ 式中 为工作中心频率 对应的波长。根据式（１）得到谐振器指长的初值为ｌ１．６４ ｍｍ。 将滤波器的内部腔高设为７．０ ｍｌＴｌ，矩形杆厚度设为２．５ ｍｍ，然后根据滤波器的理论知识【４ 】，可以计算出滤 波器的各几何数据初值，各个谐振杆的宽度为：ｗｌ＝ｗ１１＝２．３０；Ｗ２＝ｗ１０＝３．４７；Ｗ３＝ｗ９＝３．５８；ｗ４＝ｗ８＝３．６０； ｗ５＝Ｗ６＝Ｗ７＝３．６ １。 １ｏ＝３．０６８；ａ３４＝口８９＝３．２６７；ａ４５＝口７８＝３．３４０；ａ５６＝日６７＝３．３６４。 各谐振杆之间的缝隙为：ａｌ，２＝口ｌ０。ｌｌ＝２．３００；ａ２，３＝ａ９，，，，，，，抽头线位置为：ＩＴ＝１０。 １．２滤波器的仿真 以滤波器初值作为基础，代入￣ｔｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件建立仿真模型，见图３。 （ａ）ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｆ￣ｔｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ （ｂ）ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ￣ｔｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ Ｆｉｇ．３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｉｌｆｔｅｒ 图３交指滤波器的仿真图 在模型的建立中，将第１个谐振杆和最后１个谐振杆的 宽度设置为Ｗ ，其余谐振杆的宽度全部设置为Ｗ：；由于抽 头线的加载效应，第１个谐振器的高度与其他谐振器的高 度稍有差异，差异的大小与滤波器的相对带宽有很大关系， 一般而言，相对带宽越大，高度差异会越大，因此在设置 谐振杆长度的时候，将第１个谐振杆的长度和最后１个谐 振杆的长度设置为 ，其他谐振杆的长度均设置为 ：，并 将 。的长度相对 的长度加长１ ｍｍ左右。在滤波器的各 初值设定好以后，就可将谐振杆的宽度、长度、各谐振杆 之间的缝隙设置为变量，利用￣ｔｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件的优化功 能，针对滤波器的传输特性进行优化，优化后的仿真曲线 见图４，从仿真曲线可以看出此滤波器能够满足指标要求。 优化后的各参数值如下： ｌＧＨｚ ｆＦｉｇ．４ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ￣ｔｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ 图４ ｌａｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件仿真结果 第３期 魏 萍等：用ｐｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件设计腔体交指滤波器 ２８９ 谐振器宽度为：ｗ１＝３．２２；Ｗ２＝２．３０。 谐振器长度为：Ｌｌ＝１３．２０；Ｌ２＝１１．７２。 各谐振器之间的缝隙为：ａ１，２＝口１ｏ，ｌｌ＝２．６４；０２，３＝ａ９，ｌＯ＝３．４８；ａ３，４ ａ８，９ ３．６４；ａ４，５＝ａ７，８ ３．６８；ａ５，６ ａ６，７ ３．６９。 抽头线的位置为：，Ｔ＝９．５。 ２滤波器的制作和调试 对优化后的数据进行图纸绘制，其内部结构见图 ５。在谐振杆的开路端的接地板上加上调谐螺钉，在测 试过程中调节调谐螺钉，使频率对准所设计的中心频 率，校正仿真中的未完全收敛误差和加工误差，使滤 波器完全满足指标要求。最终测试结果见图６。 从测试结果可看出，此滤波器的插损小于１．５ ｄＢ， Ｆｉｇ．５ Ｉｎｎｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆｔｈｅ ｆｉｌｔｅｒ 图５滤波器内部结构 驻波比小于１．７，带外抑制大于４０ ｄＢ（厂ｎ土１ ＧＨｚ），具有 优良的滤波特性。 ３结论 利用ｇｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件来设计微波滤波器，能够 快速、准确地设计出电路结构尺寸，能够取得较理想 的电路性能指标。本文采用ｇｗａｖｅ Ｗｉｚａｒｄ软件来设计 腔体交指滤波器，取得了令人满意的结果，一次成功 率高，设计周期短，仿真结果和测试结果一致性较好。 参考文献： ｉｇ．６ ＴＦ譬 图滤ｅｓ 饕 ［１】 杜建洪．微波交指滤波器的计算机辅助设计［ＪＪ．微波学报，１９９１（３）：４４—５１． ［２］ 王晓凯，李锋．Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ过渡型滤波器设计和分析【ＪＪ．信息与电子＿丁程，２００９，７（２）：１１５—１１８． ［３］ 赵智兵，赵国华，陈星．一种新型微带交指带通滤波器的设计［Ｊ］．信息与电子工程，２００８，６（２）：１２８—１３０． 【４］ Ｃａｓｐｉ Ｓｈｉｍｏｎ，Ａｄｅｌｍａｎ Ｊ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｍｂｌｉｎｅ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ Ｗｉｔｈ Ｔａｐｐｅｄ・Ｌｉｎｅ Ｉｎｐｕｔ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｔｈｅｏｒｙ，１９８８，ＭＴＴ－３６（４）：７５９－７６３． 【５］ Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈ Ｅｒｎｓｔ，Ｖａｓｉｌ Ｐｏｓｔｏｙａｌｋｏ．Ｔａｐｐｅｄ—Ｌｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｆｉｌｔｅｒ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ［Ｃ】／／１９９７ ＩＥＥＥ ＭＴＴ—Ｓ Ｄｉｇｅｓｔ．Ｄｅｎｖｅｒ， ＣＯ：［ｓ．ｎ．】，１ ９９７，２：８０ １—８０４． ［６］ 甘本祓，吴万春．现代微波滤波器的结构与设计［Ｍ］．北京：科学出版社，１９７３． 作者简介： ▲ 魏程作师．ｅｍ，ａｉ主ｌ：ｗ要萍ｅｎ从（ｄ１ｙ事９ｌ７８射０一）频８，＠微女１波６，３电．成ｃｏ路都ｍ．的 市研人究，硕和设士计，丁＿工 工师程，师杨廖主，秀云要主强龙从要（１事从９７射事９一频射），微频男波微，电波成路电都的路市研人究，和硕设士计，工助工作理程．
