关于混合腔技术的设想

电子科技大学贾宝富博士新技术讲座（一）关于混合腔滤波器技术的一些设想谐振器与滤波器微波滤波器是由谐振器（或称谐振腔）和耦合结构组成的。谐振器的基本参数是谐振频率和Q值。它与滤波器特性之间的关系如下所示。00nfffQ滤波器工作频率滤波器寄生通带滤波器插入损耗混合腔与混合模技术从上世纪90年代开始，人们就开始研究混合腔和混合模技术。当时，混合腔和混合模技术主要用于改善介质滤波器的寄生通带特性。混合模基本思路过去，混合腔/混合模滤波器都是利用了不同腔体的高次模式不同来抑制寄生通带。他们主要是利用了腔体的频率特性。对于不同腔体Q值对滤波器滤波特性的影响基本上没有考虑。我们知道，滤波器的滤波特性曲线是由组成滤波器的各个腔体的谐振峰叠加而成的。过去滤波器的设计或者假设腔体无耗（Q无穷大），或者假设腔体损耗相同。当腔体损耗大时，滤波特性曲线出现“塌肩”现象。使滤波特性曲线变差。腔体损耗对滤波特性曲线的影响Ku波段带通滤波器腔体Q值变化对S21曲线的影响（Q=5000，10000，20000）。中间影响不大两侧影响大一些设想能否把不同Q值的腔体组合在一起，Q值高的谐振峰放在滤波特性曲线的两侧，Q值低的谐振峰放在中间。用少量的高Q腔消除滤波器特性曲线“塌肩”现象。这样，滤波器的插损变化不大，滤波器特性曲线“塌肩”现象也得以消除。我设想的组合方式包括，微带&同轴腔组合；微带&介质谐振器组合；悬置微带&同轴腔组合和悬置微带&介质谐振器组合等多种组合方式。由于微带/悬置微带谐振器的体积小，滤波器的整体体积将会有大幅下降。影响插入损耗的主要因素影响滤波器插入损耗的因素主要有:腔体Q值（唯一可变因素）；滤波器带宽（用户需求决定，不能改变）；腔体数量（带外抑制特性决定，不能随意改变）；-5-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.5001000200030004000插入损耗（中心频率）插入损耗（边频频率）-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.500246810中心边缘4腔滤波器（Schematic1）均匀腔体Q=13004腔滤波器（Schematic2）高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=3500低Q腔体Q=3500低Q腔体Q=35004腔滤波器（Schematic3）高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=3500低Q腔体Q=3500低Q腔体Q=35004腔滤波器（Schematic4）高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=3500低Q腔体Q=3500低Q腔体Q=35004腔滤波器（Schematic5）高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=3500低Q腔体Q=3500低Q腔体Q=3500插入损耗比较均匀腔体比较Q=3500Q=1300Q=500带外隔离特性比较回波损耗比较结果分析（1）从以上电路仿真结果对比来看，不同Q值的组合，对滤波器的带外抑制基本没有影响，最主要的是影响通带内的插损和矩形系数，即常说的“塌肩”现象的影响。（2）串联结构中Q值的不同组合对反射损耗有影响。（3）串联结构中Q值的不同组合对插入损耗影响很大，有出现最佳组合的可能。四腔串联最佳组合方式为“低Q-高Q-高Q-低Q”组合方式。带交叉耦合的四腔滤波器交叉耦合对插入损耗的影响Q=3500Q=1300“低-高-高-低”高Q=3500；低Q=500Q=500“高-低-低-高”高Q=3500；低Q=500反射损耗曲线Q=3500Q=1300“低-高-高-低”高Q=3500；低Q=500“高-低-低-高”高Q=3500；低Q=500最佳组合结构Schematic3“低Q-高Q-高Q-低Q”组合高Q=3500；低Q=500优化后插入损耗优化后反射损耗优化后S21曲线优化后S11曲线优化前后归一化耦合矩阵优化前优化后ms1_a=1.15318224015245m12_a=0.964335472488117m14_a=-0.0805676734881731m23_a=0.758055377008248m34_a=0.934995318672m4L_a=1.03430348585645m11_a=-0.00300000000000009m22_a=8.85782083897293e-7m33_a=1.87339132901858e-7m44_a=-2.0841074260486e-7ms1_a=1.076082961m12_a=0.9425356042m14_a=-0.0797574602m23_a=0.756617048m34_a=0.9425356035m4L_a=1.076082961m11_a=-8.326672685E-17m22_a=3.037691886E-7m33_a=1.676280178E-7m44_a=-4.713972064E-7四腔并列结构插入损耗反射损耗小结并列结构单个控制谐振点位置作用明显。适宜做交替结构。三维结构实现困难。5腔滤波器（Schematic1）高Q腔体Q=3500低Q腔体Q=500低Q腔体Q=5005腔滤波器（Schematic2）低Q腔体Q=500高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=35005腔滤波器（Schematic3）低Q腔体Q=500高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=35005腔滤波器（Schematic4）高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=3500低Q腔体Q=500低Q腔体Q=5005腔滤波器（Schematic5）低Q腔体Q=500低Q腔体Q=500低Q腔体Q=500高Q腔体Q=3500高Q腔体Q=3500插入损耗比较均匀腔体比较Q=3500Q=1300Q=5006腔滤波器Schematic1（低-高-高-高-高-低）6腔滤波器Schematic2（高-低-低-低-低-高）6腔滤波器Schematic3（高-高-低-低-高-高）6腔滤波器Schematic4（低-高-低-低-高-低）6腔滤波器Schematic5（低-低-高-高-低-低）插入损耗比较反射损耗与均匀腔体比较Q=3500Q=1300Q=5007腔滤波器Schematic1(低-高-高-高-高-高-低）7腔滤波器Schematic2(高-低-低-低-低-低-高）7腔滤波器Schematic3(高-高-低-低-低-高-高）高7腔滤波器Schematic4(低-低-高-高-高-低-低）高7腔滤波器Schematic5(低-高-高-低-高-高-低）高插入损耗与均匀腔体比较Q=3500Q=1300Q=5008腔滤波器Schematic1(低-高-高-高-高-高-高-低）；Schematic2(低-低-高-高-高-高-低-低）Schematic3(高-高-低-低-低-低-高-高）Schematic4(低-高-低-高-高-低-高-低）Schematic5(低-高-低-高-低-高-低-高）插入损耗与均匀腔体的比较Q=3500Q=1300Q=500