基于相位匹配的高性能吸收型陷波器

錢麗勛，鄭升靈，李宏軍

（中國電子科技集團公司第十三研究所，第十六專業(yè)部 河北 石家莊 050200）

1 吸收型陷波器原理

微波系統(tǒng)中，很多情況下都要求傳輸信號的損耗盡量小，而干擾信號的損耗盡量大，一般情況下，普通的微波帶通濾波器可以滿足干擾信號的抑制要求，但是如果干擾信號很大時，普通的帶通濾波器就無法達到足夠的抑制效果，此時就需要采用專門用于抑制大干擾信號的陷波器。目前，微波陷波器已在無線通訊領(lǐng)域、測量領(lǐng)域等多個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的吸收型陷波器是由反射模式網(wǎng)絡(luò)耦合3dB混合耦合器或者循環(huán)器實現(xiàn)的，這種依靠耦合器或者循環(huán)器的結(jié)構(gòu)有實際的應(yīng)用時有很大限制[1，2]。為了克服傳統(tǒng)吸收型陷波器的缺陷，最近有學(xué)者提出了一種新的吸收陷波器的概念[3，4]，可以通過幾個被動互易線性網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，如圖1所示為吸收陷波器的原理圖。圖1中直接連接輸入和輸出端口的是對傳輸信號產(chǎn)生φ相移的電路網(wǎng)絡(luò)；兩個短路諧振器的導(dǎo)納分別為Yp和Ym，k01用來耦合兩個諧振器，而諧振器和相移網(wǎng)絡(luò)由K11直接耦合。

圖1 電路原理圖

圖2 傳統(tǒng)陷波器與吸收型陷波器性能對比

利用上述原理設(shè)計的吸收型陷波器，在元器件具有相同Q值時，比傳統(tǒng)形式的陷波器的陷波深度有極大的提高，效果對比圖見圖2。

2 陷波器設(shè)計及制作

根據(jù)如圖1所示的原理圖，利用LC結(jié)構(gòu)的元器件進行等效，設(shè)計得出的電路原理圖如圖3（a）所示。其中相移電路采用高通或者低通的形式實現(xiàn)，這也是傳統(tǒng)的LC設(shè)計原理。但是此原理圖中元器件數(shù)量多，在實際制作過程中難度較大，且調(diào)試困難。為了克服圖3（a）所示的LC結(jié)構(gòu)陷波器的制作調(diào)試難度大的問題，對相移部分進行了改進，利用在羅杰斯板上精確制作傳輸線的形式實現(xiàn)相移功能，如圖3（b）所示。這樣既簡化了原電路的復(fù)雜程度，又提高了調(diào)試效率。

圖3 LC吸收型陷波器原理圖、測試曲線及分布結(jié)構(gòu)測試曲線

圖3（a）為LC結(jié)構(gòu)吸收陷波器電路原理圖，對此吸收型陷波器進行了實際制作和性能測試，結(jié)果見下圖3（b），實際測試的3GHz陷波器陷波深度可達52dB，3dB帶寬大約220MHz。

陷波器的3dB開口帶寬與其元器件的Q值有關(guān)，Q值越大開口帶寬越小。為了提高陷波器的Q值，減小開口帶寬，利用微帶線的分布結(jié)構(gòu)形式替代LC元器件，重新設(shè)計了陷波器。利用微帶線的分布結(jié)構(gòu)形式替代LC元器件，微帶分布結(jié)構(gòu)的陷波器及測試結(jié)果如圖3（c）所示。3dB開口帶寬90MHz，相對帶寬只有3%。同時利用微帶線制作的分布結(jié)構(gòu)吸收陷波器還具有可靠性高，陷波深度高等優(yōu)點。

3 總結(jié)及展望

利用相位匹配原理設(shè)計的LC結(jié)構(gòu)吸收式陷波器，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試容易，可以在低Q值下實現(xiàn)很高的陷波深度。這種“Q值補償”形式，為利用低Q值元器件制作高性能陷波器提供了新的思路，也為利用如MEMS、MMIC等工藝實現(xiàn)芯片化陷波器提供了依據(jù)和方向。

[1]何成潘.2～18GHz超寬帶YIG調(diào)諧帶阻濾波器[J].磁性材料及器件，2009，40（6）：55-63.

[2]毛金榮.高性能可調(diào)微波濾波器的理論與設(shè)計[D].南京理工大學(xué)，2013.

[3] Trevor Snow,Juseop Lee,William J,et al.Tunable High Quality-Factor Absorptive Bandstop Filter Design[J].IEEE,2012:120-123.

[4] W.M.Fathelbab,I.C.Hunter,J.D. Rhodes.Synthesis of lossy reflection-mode prototype networks with symmetrical and asymmetrical characteristics[J].IEEE,1999,146(2):97-104.