一种圆波导TE_(01)模HPM滤波器_张治强.pdf
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1、第 卷第期杭 州 电 子 科 技 大 学 学 报(自然科学版)年月 ():一种圆波导 模 滤波器张治强,胡随,侯恩东,王明才,丁一杰,张忠海(西北核技术研究所,陕西 西安 ;杭州电子科技大学电子信息学院,浙江 杭州 )收稿日期:基金项目:国家电磁环境重点实验室资助项目()作者简介:张治强(),副研究员,研究方向:高功率微波技术。:。摘要:设计了一种基于环形波导耦合结构的圆波导 模高功率微波(,)滤波器,主要由圆波导半波长谐振器以及半径更大的圆波导耦合窗组成。根据耦合谐振理论得出目标 模滤波器的外部值以及谐振腔之间的耦合系数,再根据波导结构尺寸和谐振频率、耦合系数、外部值三者之间的映射关系得到滤
2、波器尺寸初值,仿真优化确定最终滤波器尺寸,有效提高了圆波导高次模滤波器的设计速度。设计了一款工作频率在 的 模滤波器,并进行数值模拟实验,结果表明,采用 直径圆波导实现的 模圆波导滤波器具有 的功率容量。关键词:高功率微波;模;滤波器;圆波导中图分类号:文献标志码:文章编号:()引言高功率微波(,)技术广泛应用于雷达以及探测等领域。为了满足高功率传输的需求,一般采用波导实现其中的滤波器。圆波导的主模为 模,模式是其高次模,圆波导工作于 模时,其电场分布呈轴对称形式。当工作频率较高时,由于电场与波导内壁平行,圆波导 模长距离传输具有较低的损耗,常用于回旋行波管的输出。圆波导 模滤波器为圆波导 模
3、传输系统中的关键部件,不仅要有优异的通带传输性能,还要有较高的功率容量。现有公开文献中,对圆波导 模 滤波器的研究较少,一般有种方法可实现圆波导 模滤波器。第种为经典的 模滤波器结构,采用二分之一波长波导谐振腔,并在圆波导谐振腔之间引入金属圆环膜片用于实现谐振腔间的耦合。由于圆环金属膜片的孔直径小于圆波导直径,因此实现的功率容量偏低。第种采用在圆波导中插入介质片的形式实现圆波导 模滤波器。由于介质片的存在,降低了 模滤波器的容量。第种方法与第种方法类似,采用半径更大的圆形波导耦合窗实现谐振腔之间的耦合。这种方法除了具有良好的通带特性外,还具有较高的功率容量。采用第种方法实现的圆波导 模滤波器中
4、,一般通过模式匹配等方法推导出 模滤波器的尺寸初值,再对滤波器进行整体尺寸优化从而获得符合要求的滤波器。该方法比较适合处理规则形状的圆波导构成的 模滤波器。为了调节耦合系数等参数采用非标准结构圆波导,或者添加调谐柱等结构时,采用该方法会给模式匹配法带来非常大的困难。为此,本文设计了一种圆波导 模 滤波器。运用 模滤波器设计中使用的谐振耦合理论,通过建立滤波器的耦合系数和值与波导尺寸之间的映射关系得到 模圆波导滤波器的尺寸初值,再经过优化得到最终的滤波器尺寸,避免了复杂的公式推导,提高了圆波导 模滤波器的设计效率。谐振耦合滤波器谐振耦合模型一般应用于 模滤波器的设计,其电路模型如图所示。图谐振耦
5、合滤波器的电路模型图中,串联谐振器决定整个滤波器的工作频率,表示等效电感,表示等效电容,和分别表示输入和输出负载电阻,变换器实现谐振器之间的耦合。谐振器一般为同轴腔、波导腔以及微带线等分布式结构。其中的变换器即代表耦合系数,(),()()式中,为第和第个谐振腔之间的耦合系数,为输入输出的外部值信息;为第个和第个谐振腔间的耦合电抗;为阻抗,下标 表示输入端,即为输入阻抗;为根据滤波器性能指标计算出来的滤波器归一化低通原型值,一般可通过查询低通原型表获得;和分别表示工作带宽和中心频率,表示相对带宽。采用谐振耦合模型实现滤波器时,一般是先根据滤波器的指标要求来确定滤波器的中心频率,再根据带宽和中心频
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