一种FSS电容加载紧凑型带通滤波器

1 引言
　　滤波器是通讯系统、雷达系统和电子对抗系统等不可缺少的重要部件。其性能的优劣往往会直接影响整个系统的质量。近年来随着微波、毫米波技术的迅速发展，这类器件在微波、毫米波通信、微波导航、制导、遥测遥控、卫星通信以及军事电子对抗领域的需求量不断增大。特别是由于无线电通信频谱资源的日益紧张，分配到各类通信系统的频率间隔越来越密，这对无源器件，尤其是微波、毫米波收发机中前端无源器件的性能指标提出了更高的要求。体积小、性能高、成本低、加工简单且更易于大量生产是现在滤波器发展的趋势。凑型波导滤波器是微波技术领域的一个经典而又活跃的研究课题。Vlad和John Ness在2003年报告了一种采用高度减小的紧凑型波导滤波器。Rauscher也报告了一种采用介质填充和脊波导加载的紧凑型波导滤波器。本文将介绍一种采用频率选择膜片和电容柱子构成的紧凑型滤波器。
　　2 凹型FSS和电容柱子加载滤的结构与设计
　　2005年Monorchio， A.; Manara， G报道了一种直接采用频率选择膜片构成的波导滤波器。工字型和其他形势的FSS结构在滤波器中也有采用。本文图1给出了一个6腔的FSS和电容柱子加载滤波器的结构示意图。该滤波器由7个凹型FSS和6个金属凸台组合而成。从左到右看柱子的长度与高度依次是lp1~lp6和h1～h6；凹型FSS膜片缝隙的宽度依次是w1~w7；整个金属柱子的宽度为24.2mm，每个长度为li的单元中包括一个电容加载金属柱和两个凹型FSS。
　　
　　图1 滤波器的结构示意图
　　
　　图2 凹型膜片的结构
　　作为例子，我们将设计指标规定为：滤波器的中心频率为7.8GHz，带宽为600MHz，通带内的驻波比小于1.25。通带外600MHz处抑制为45dB。根据技术指标由参考文献［6］采用切比雪夫型，计算得到该滤波器的阶数n = 6 ，其低通原型数值，g0=1， g1=0.9958， g2=1.4131， g3=1.8950， g4=1.5505， g5=1.7272， g6=0.8147， g7=1.2222。按照以上结构，我们用CST计算模拟出了一个常规的波导滤波器和凹型FSS与电容柱子加载的滤波器，其参数如表一所示。
　　从表中可以看出，采用FSS与电容柱子加载后结构更加紧凑，长度减少了47.8%。
　　另外在只改变（b-b1）值和金属柱高度h的情况下，利用CST计算仿真得到3种不同情况的滤波器。它们的S参数图如下图3所示。从图3中我们可以看出，在凹型FSS与金属柱子组成的电容加载滤波器中，随着凹型槽的高度b-b1值的增加，滤波器在通带内的S参数曲线改变很少，但是在通带外的抑制却逐渐变陡峭且抑制更深。在b-b1=2时可以达到-190dB。