1、引言

由于超寬帶通信和雷達的應用多種多樣，所以超寬帶濾波器的設計方法也相當多樣。許多學者研究了多種微帶結構的超寬帶濾波器。雖然微帶濾波器的尺寸很小，并且很容易和其他表面裝配器件集成，但是其插損往往都非常大。插損值一般都大于5dB 。微帶濾波器還有一個問題就是其帶外抑制往往都不太好。在本文中，我們給出了一種通帶為2GHz到4GHz，阻帶抑制達到11.23GHz的梳型超寬帶濾波器設計方法。

2、濾波器設計

圖1為11級梳型濾波器的結構示意圖。方波導的寬度為a，高度為b，其中有11個方柱，每個方柱具有相同的寬度w。柱子的高度和相鄰柱子的間距的定義如圖1所示。輸入和輸出采用SMA接頭。SMA內導體端接的小圓盤直徑和高度分別定義為和。

圖1 梳型濾波器結構圖

采用文[7]中第8章所給出的寬帶梳型濾波器的設計公式，可以得到濾波器的初始設計參數(shù)值。在本設計中，我們采用11級和0.1分貝波紋的設計指標。表1里面的“初始值”一欄給出了各個參數(shù)的計算結果。

使用CST模擬軟件，代入結構的初始值仿真可以得到圖2的仿真曲線。我們可以看到通帶的高端邊緣頻率比設計低了一些，而且回波損耗也不好。這是由于此濾波器具有67%的相對帶寬，對于我們所使用的計算公式來說稍微寬了一些。

表1 超寬帶濾波器各參數(shù)的初始計算值和最終優(yōu)化值

圖2 代入初始值的模擬結果

圖3 優(yōu)化后的濾波器模擬和測試結果

得到以上的初始結果后，我們使用CST的優(yōu)化功能，通過優(yōu)化可以得到最終的參數(shù)值。表1的“優(yōu)化值”一欄給出了各個參數(shù)的最終值。其模擬結果在圖3中由虛線表示。

3、測試結果

圖4給出了根據(jù)表1的優(yōu)化值所加工的梳型濾波器樣品圖。其尺寸為198mm X 51mm X 16mm。為方便與模擬結果對比，圖3還給出了樣品的測試曲線。我們可以看到，測試結果中，除了回波損耗稍微比模擬結果高了一些外，其他都與模擬結果吻合得很好。測試結果顯示2GHz到4GHz的通帶內，插損小于0.35dB，回波損耗小于-15dB。為了顯示阻帶抑制特性，圖5給出了1GHz到15GHz的測試曲線，可以看到直到11.23GHz才產(chǎn)生寄生通帶。

圖4 樣品濾波器結構圖

圖5 樣品濾波器的寄生通帶測試結果

4、結論

本文報道了一種波導超寬帶梳型濾波器，相對于微帶超寬帶濾波器來說，具有低很多的帶內插損和好很多帶外抑制。樣品濾波器的測試結果顯示其2GHz到4GHz的通帶內插損低于0.35dB，阻帶抑制可以達到11.23GHz。此濾波器可以應用在對插損和帶外抑制要求非常苛刻的超寬帶通信和雷達系統(tǒng)中。這種技術也可以應用在要求對高次諧波進行有效抑制的系統(tǒng)中。