加载周期性脊波导的E面滤波器

1 导言

E面插片波导滤波器因为损耗小、高Q值，成本低，加工便利，合适批量生产然后得到广泛的使用。虽然有许多长处，可是也存在着带外衰减缓慢，阻带较窄，有时尺度过大等缺陷，约束了它在许多当地的使用。为了战胜E面插片波导滤波器的缺陷，本文提出了一种新式的具有高度选择性的滤波器结构，行将E面插片波导和脊波导结合起来，在E面插片滤波器的谐振器中嵌入周期性的脊波导结构，完成了带外衰减快，尺度小的特色。

不同类型的周期性结构具有不同的特性，一直以来都是热门研究课题。在滤波器中参加周期性结构就可以使得滤波器具有尺度减小，进步带外衰减的效果。这是因为周期性结构的慢波效应引起的：相关于在均匀传输线中传达的波，慢波的相速和波导波长显着的减小了，因而半波长谐振器的长度也相应的减小。一起因为慢波的散射联系，完成了带外衰减特性的进步。

E面插片波导和脊波导组成的周期性结构是一种很简单完成的结构，如图1所示，在E面插片滤波器的谐振器中级联具有等空隙的脊波导，用这种周期性结构替代矩形波导中的谐振器。本文提出的新结构和规范E面插片滤波器很类似，除了具有E面插片滤波器的一般长处外，还具有带外衰减快，尺度小的长处。

图1 加载脊波导的E面滤波器

2 理论剖析

关于本文的新滤波器结构，将其分红两个模块进行剖析，E面插片模块和矩形波导-双脊波导模块，首要的剖析办法是形式匹配法。E面插片结构的模型如图2所示，膜片的厚度为t，长度为w，横截面为a*b，插片平面与波导窄边平行。

图2 E面插片结构

因为不接连性在x方向，y方向上是接连的，所以受TE10模鼓励时，在不接连处只会鼓励TEm0形式。将各区域中沿+Z和-Z方向传达的一切形式考虑在内，当和时，I区和II区、I区和III区在分界面Z=0处的横向电场和磁场满意边界条件的接连性，然后经过形式打开求解膜片结构的散射参数，详细核算进程可参阅相关文献。

脊波导结构的模型如图3所示，脊波导中TE和TM形式都存在，其最低形式的场结构与矩形波导中的主模很类似，只是在凸出部分的电场更为会集，棱角处有不均匀的电场，而在脊的两边磁场也更为会集。因为凸缘的效果，相当于将矩形波导的宽边加大，因而其最低模的截止波长更长，与次低模的截止波长相差也就更大，因而单模作业的频带更宽，即在同一频率的情况下，脊波导的尺度更小。

图3 脊波导结构

在剖析脊波导时，首要选用横向谐振法求得截止波数Kc及本征函数，确认基模和高次模的场散布，接着使用形式匹配法核算出脊波导结构的散射参数。这些办法都是经典办法，这儿不给出详细的表达式。

将脊波导的剖析成果使用到矩形波导-脊波导结构中，矩形波导-双脊波导的结构如图4所示，Z＜0的区域为矩形波导，Z＞0的区域为脊波导区域，对该不接连性结构的剖析可参照前面E面插片模型的剖析办法，使用双端口网络的形式匹配法核算出该结构的散射参数。

图4 矩形波导-双脊波导模型

周期性结构是由矩形波导-双脊波导模块等空隙组成的，整个滤波器结构可以看成是E面插片模块和周期性结构级联而成。

3 数值成果与比较

本文给出了几组3阶新式滤波器结构的规划实例，并和相对应的规范E面插片波导滤波器进行了比较。在用形式匹配法对E面插片波导滤波器进行剖析时，取20个形式，关于加载周期性结构的新式滤波器剖析时，取25个TE和TM的奇数形式，用Matlab编程进行剖析核算。表1为K波段宽带波导带通滤波器的数据，表2为X-波段宽带波导带通滤波器的数据。一切插片和脊的厚度都是0.25mm，在新结构滤波器中，lr1=lr2。

由形式匹配法别离得到表1和表2两组滤波器的S参数曲线如图5和图6所示。

表1 K波段宽带带通滤波器（单位：mm）

表2 X波段宽带带通滤波器（单位：mm）

图5 K波段宽带滤波器

由图5和图6可以看出，本文提出的加载脊波导的E面滤波器可以改善规范E面插片波导滤波器的阻带特性，大大进步了带外的衰减特性，而且尺度上比规范E面插片滤波器小许多，完成了小型化。

图6 X波段宽带滤波器

4 结束语

本文根据E面插片波导滤波器，提出了一种改善的结构，在E面波导谐振器中参加周期性的脊结构，在保留了规范E面插片波导滤波器的长处的一起，还战胜了E面波导滤波器阻带窄，带外衰减慢的缺陷，大大减小了滤波器的尺度，试验成果验证了该办法的正确性。