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加載周期性脊波導(dǎo)的E面濾波器設(shè)計(jì)解析

2017-11-14 | rar | 0.5 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

1 引言
  E面插片波導(dǎo)濾波器由于損耗小、高Q值,成本低,加工方便,適合批量生產(chǎn)從而得到廣泛的應(yīng)用。盡管有很多優(yōu)點(diǎn),但是也存在著帶外衰減緩慢,阻帶較窄,有時(shí)尺寸過大等缺點(diǎn),限制了它在很多地方的應(yīng)用。為了克服E面插片波導(dǎo)濾波器的缺點(diǎn),本文提出了一種新型的具有高度選擇性的濾波器結(jié)構(gòu),即將E面插片波導(dǎo)和脊波導(dǎo)結(jié)合起來,在E面插片濾波器的諧振器中嵌入周期性的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了帶外衰減快,尺寸小的特點(diǎn)。
  不同類型的周期性結(jié)構(gòu)具有不同的特性,一直以來都是熱點(diǎn)研究課題。在濾波器中加入周期性結(jié)構(gòu)就可以使得濾波器具有尺寸減小,提高帶外衰減的效果。這是由于周期性結(jié)構(gòu)的慢波效應(yīng)引起的:相對(duì)于在均勻傳輸線中傳播的波,慢波的相速和波導(dǎo)波長明顯的減小了,因此半波長諧振器的長度也相應(yīng)的減小。同時(shí)由于慢波的散射關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了帶外衰減特性的提高。
  E面插片波導(dǎo)和脊波導(dǎo)組成的周期性結(jié)構(gòu)是一種很容易實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu),如圖1所示,在E面插片濾波器的諧振器中級(jí)聯(lián)具有等間隙的脊波導(dǎo),用這種周期性結(jié)構(gòu)代替矩形波導(dǎo)中的諧振器。本文提出的新結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)E面插片濾波器很相似,除了具有E面插片濾波器的一般優(yōu)點(diǎn)外,還具有帶外衰減快,尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。
  加載周期性脊波導(dǎo)的E面濾波器設(shè)計(jì)解析
  加載周期性脊波導(dǎo)的E面濾波器設(shè)計(jì)解析
  圖1 加載脊波導(dǎo)的E面濾波器
  2 理論分析
  對(duì)于本文的新濾波器結(jié)構(gòu),將其分成兩個(gè)模塊進(jìn)行分析,E面插片模塊和矩形波導(dǎo)-雙脊波導(dǎo)模塊,主要的分析方法是模式匹配法。E面插片結(jié)構(gòu)的模型如圖2所示,膜片的厚度為t,長度為w,橫截面為a*b,插片平面與波導(dǎo)窄邊平行。
  加載周期性脊波導(dǎo)的E面濾波器設(shè)計(jì)解析
  圖2 E面插片結(jié)構(gòu)
  由于不連續(xù)性在x方向,y方向上是連續(xù)的,所以受TE10模激勵(lì)時(shí),在不連續(xù)處只會(huì)激勵(lì)TEm0模式。將各區(qū)域中沿+Z和-Z方向傳播的所有模式考慮在內(nèi),當(dāng)時(shí),I區(qū)和II區(qū)、I區(qū)和III區(qū)在分界面Z=0處的橫向電場(chǎng)和磁場(chǎng)滿足邊界條件的連續(xù)性,從而通過模式展開求解膜片結(jié)構(gòu)的散射參數(shù),具體計(jì)算過程可參考相關(guān)文獻(xiàn)。
  脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的模型如圖3所示,脊波導(dǎo)中TE和TM模式都存在,其最低模式的場(chǎng)結(jié)構(gòu)與矩形波導(dǎo)中的主模很相似,只是在凸出部分的電場(chǎng)更為集中,棱角處有不均勻的電場(chǎng),而在脊的兩側(cè)磁場(chǎng)也更為集中。由于凸緣的作用,相當(dāng)于將矩形波導(dǎo)的寬邊加大,因此其最低模的截止波長更長,與次低模的截止波長相差也就更大,因此單模工作的頻帶更寬,即在同一頻率的情況下,脊波導(dǎo)的尺寸更小。
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