毫米波E面金属膜片窄带滤波器的研究

 

　　本文用模式匹配和网络级联的方法对矩形波导E面金属膜片滤波器进行分析，并通过软件进行综合设计和仿真验证，给出了设计实例。

　　1 基本原理

　　如图1所示就是E面金属膜片滤波器的结构图。它的基本外形是每隔一段空波导，在矩形波导中央的E面插入一块与E面平行的金属膜片，膜片的个数，每个膜片的长度还有所隔空波导的长度都是根据实际指标要求来计算完成的。其中，膜片起耦合作用，相邻膜片之间构成谐振腔，通过谐振腔的耦合构成波导带通滤波器。

　　

 

　　由图可以看出，不连续性结构只发生在x方向上，由于波导一般都是主模传输，而TE10在不连续性附近只能激励起TEm0模，不能激励起TEmn(n≠0)模和TMmm模。

　　

 

　　此时膜片可以等效成一个T型网络，如图2所示。当等幅反相的TE10波自左右同时入射时，由于结构的对称性，中心平面T0相当于一个电壁，T1平面上的归一化输入导纳y(1)=1/jXs;当等幅同相的TE10波自左右同时入射时，中心平面T0相当于一个磁壁，T1平面上的归一化输入导纳y(2)=1/(jXs+2jXp)。于是有

　　

 

　　其中y(1)和y(2)可以用模式匹配法求出。

　　

 

　　其中，i=1，2分别对应于Z=W/2处的电壁和磁壁。

　　由于在Z=0平面，切向场必须满足连续性条件，所以有：

　　Ey(0-)=Ey(0+) (4)

　　Hx(0-)=Hx(0+)

　　把(2)(3)式的场分量代入(4)式，就可以得到待求的Z=0平面的归一化输入导纳：

　　

 

　　运用Rayleigh-Ritz方法，便可以求出y(1)和y(2)。把结果代入(1)式就可得到E面膜片对应的等效参量Xs和Xp。由于上述计算量太大，所以可以借助计算机编程来实现。