1、腔体滤波器 1、研究背景及意义 近些年来随着毫米波、微波技术的迅速发展，无线通信得到了空前的发展， 微波频带出现了相对拥挤的状况。所以，能够选频的微波滤波器越来越受到研究 者的重视。而微波滤波器作为一种频率选择装置，是现代毫米波、微波通信系统 中一个非常重要的组成部分，是微波、毫米波系统中不可缺少的器件之一，其性 能的优劣可以影响到整个系统的质量。 微波滤波器是无线通讯系统的重要组成部分， 可以用于过滤或分离不同频率 信号的一种元器件；其主要功能是只让需要的信号通过，抑制不需要的信号，使 其不能通过滤波器。 从而有效地解决了当前急剧发展的无线通信信号所带来的有 限频谱资源不足和紧缺的问题。对于
2、这些滤波器我们的要求也越来越苛刻。差损 小、功率大、体积小、重量轻等，另外在实际应用中，滤波器的生产周期也变得 非常短，这就需要设计人员迅速而精确的设计出相应的滤波器。 滤波器种类很多，不同的场景和频段使用的滤波器不同。腔体滤波器就是众 多滤波器的一种。它具有性能稳定、Q 值高、功率大等特点，往往是同类型中最 优秀的，所以具有非常高的研究价值。滤波器设计的方法很多，可以概括如下： 分布参数法 影像参数法 集总参数法 网络综合法 分析参数法，是根据插入相移函数和插入衰减函数，再应用波导或传输线理 论， 从而就可以得到微波滤波器的元件结构。 但我们使用最多的还是集总参数法， 其中，影像参数法是以影
3、像参数为基础，通过微波结构来模拟等效电路中的各个 元件；网络综合法是以相移和衰减函数为基础，利用网络综合理论，先得出集总 元件低通原型电路，再将集总元件原型电路中的各元件用微波结构来实现。现在 主要采用网络综合法， 使滤波器的设计流程得到了简化。 随着计算机技术的发展， 我们也可以通过电磁仿真软件进行仿真。 电磁仿真软件使设计滤波器的网络综合 法得到不断的改进，这也极大的促进了滤波器设计技术的发展。 2、腔体滤波器的发展历史 1901 年，马可尼使用 800kHz 中波信号进行了横跨大西洋的无线电报试验， 开创了人类通信的新纪元。1915 年，德国的 K. W. Wagner 提出设计“瓦格纳
4、滤 波器”的方法而享誉国内外；美国的 G A.Canbell 于同一年研究出了以图像参数 法而知名的一种设计方法；直到 1917 年，LC 滤波器才被美、德两国科学家同时 研究了出来被公布于世。1918 年第一个多路复用系统在美国的应运而生。随后 越来越多的知名科学家如 J.Zobel、R.M.Foster、W.Cauer 和 E. L. Norton 等开 始研究这个领域， 从而掀起了滤波器研究的浪潮。1937 年，R.A.Sykes 和 W.P.Mason 利用 ABCD 参数公式推导出了大量的阻抗相位和衰减函数，为滤波器 的研究奠定了理论基础；同年，现代滤波器综合法的奠基人 W.Caue
5、r 设计出了切 比雪夫滤波器。 而到 1940 年一种精确的滤波器设计方法才形成:第一步确定符合 特定要求的传递函数;第二步由传递函数所估计的频率响应来综合出滤波器电路。 这种方法不但准确而且效率高，因此现在许多滤波器设计方法都来源于此。到 50 年代，无源滤波器的设计已经逐渐成熟，从 50 年代开始，由于集成工艺、计 算机、材料工业和技术等的发展，滤波器设计进了一个新的阶段。随着通信频率 的升高，微波滤波器的研究与应用开始逐渐被重视。 1957 年，S.B.Cohn 在集总元件低通原型滤波器的基础上提出了耦合空腔滤 波器理论，这是腔体滤波器发展的雏形。1964 年，G.L.Matthew、L
6、.Young 和 E.M.T.Jones 在他们的论著中对微波滤波器的经典设计方法和耦合结构作了系 统、全面的总结，甚至在现在仍具有很好的参考价值，被誉为微波滤波器设计的 圣经。到上世纪 60 年代后期，卫星通信技术的快速发展也加速了交叉耦合结构 的发展，并逐步走向成熟; 1967 年 R.Levy 建立了集总参数滤波器和分布参数滤 波器的元件之间的联系， 并给出了低通原型滤波器的综合方法和常用滤波器函数 的计算公式;在上世纪的七十年代初期， 我国的老一代微波专家甘本祓、 李嗣范、 林为干、吴万春等，在前人研究的基础上，等微波专家补充和完善了微波滤波器 的理论以及设计方法，开创了国内滤波器研究的先河，为我国后期研究提供了一 个很好的平台。在 1980 年，极点提取技术被 R.J.Cameron 所提出，他通过在滤 波器网络的并联分支中引入串联谐振器，以此来实现传输零点。他先在滤波器两 端分别提取一段单位阻抗移相段，然后再进行极点谐振器的提取，重复上述过程 直到所需虚数零点全部被提取，其余电路由传统交叉耦合电路模型来实现。在国 内，强锐、王蕴仪等人利用 Solvopt 算法和遗传算法
