微波濾波器腔體Q值研究與分析

摘 要：針對(duì)微波濾波器的某些特殊設(shè)計(jì)要求或加工制造缺陷造成濾波器中某一或某些腔體Q值降低的情況，分析了其對(duì)濾波器性能可能造成的影響并提出了工程中可實(shí)現(xiàn)的解決辦法。首先研究了傳輸模式以及調(diào)諧螺釘深度對(duì)諧振器Q值的影響;然后通過理論推導(dǎo)得到濾波器某一或某些諧振腔體Q值下降對(duì)頻率變量矩陣的影響公式,進(jìn)一步通過MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)5階帶通濾波器某一腔體Q值下降的情況進(jìn)行綜合與結(jié)果分析，并據(jù)此提出通過調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘適當(dāng)增加濾波器輸入輸出與腔間耦合的方法來有效的減小Q值變化帶來的不利影響;最后采用Designer進(jìn)行電路級(jí)仿真，驗(yàn)證理論推導(dǎo)結(jié)果的正確性。研究結(jié)果表明:諧振腔體Q值的降低會(huì)造成濾波器駐波帶寬增加、整體性能變差，并且越靠近拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中心腔體Q值的改變對(duì)整個(gè)濾波器性能造成的影響越大。當(dāng)濾波器中某些單腔Q值的降低在一定范圍之內(nèi)，則可以通過調(diào)節(jié)耦合螺釘來提高濾波器輸入輸出與腔間耦合，以有效的減小其帶來的不利影響。文章結(jié)論可為研究與解決微波濾波器Q值降低造成性能變差問題提供一定理論指導(dǎo)價(jià)值與實(shí)際工程意義。

0 引言

微波濾波器是現(xiàn)代微波中繼通信、微波衛(wèi)星通信、電子對(duì)抗等系統(tǒng)必不可少的組成部分，同時(shí)也是最為重要、技術(shù)含量最高的微波無源器件之一，其性能的優(yōu)劣性往往直接影響到整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量。

目前最常用的濾波器設(shè)計(jì)是根據(jù)指標(biāo)要求從插入損耗入手，由濾波函數(shù)得到頻率與響應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而綜合得出低通原型濾波器，再經(jīng)過頻率變換得到具體的濾波器電路結(jié)構(gòu)。一般情況下濾波器函數(shù)綜合方法都假定濾波器由無耗(無耗散)元件組成，但是實(shí)際上濾波器的所有元件都會(huì)消耗能量。由目前已有的研究可知，相對(duì)于無耗原型濾波器，包含耗散元件的濾波器響應(yīng)的選擇性更差、曲線形狀更圓。而且?guī)V波器響應(yīng)曲線的傳輸零點(diǎn)和極點(diǎn)位置不是很清晰，其接近通帶邊沿的地方更加圓滑一些[1]。但是目前關(guān)于Q值對(duì)濾波器性能影響的研究，均是設(shè)定同一個(gè)濾波器所有諧振腔體為相同Q值，通過改變Q值大小分析濾波器的性能變化。但是實(shí)際上，由于濾波器在設(shè)計(jì)和制造階段均有可能出于特殊要求或者材料的差異，例如濾波器的某些部位需要局部鍍、調(diào)諧螺釘長(zhǎng)短不一樣，或者由于加工制造的缺陷，例如濾波器在焊接的過程中可能導(dǎo)致腔體泄露，再或者有些情況下需要采用混合模式濾波器，這些情況均會(huì)造成濾波器的腔體Q值是不相同的情況。在這種情況下也會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)制造的濾波器性能有不同的影響。

文章針對(duì)上述不確定情況，簡(jiǎn)單研究了傳輸模式以及調(diào)諧螺釘深度對(duì)諧振器Q值的影響，在此基礎(chǔ)上提出了濾波器某一或者某些腔體Q值下降的情況下對(duì)濾波器性能影響的分析方法。并通過MATLAB進(jìn)行該分析方法的具體實(shí)現(xiàn)，最后采用Designer搭建5階矩形波導(dǎo)濾波器電路模型進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證理論分析結(jié)果的正確性。

1 濾波器Q值以及現(xiàn)有相關(guān)研究

諧振腔體的無載Q值表示為弧頻率周期內(nèi)存儲(chǔ)能量與周期能量損耗的比值，是用來描述諧振系統(tǒng)的頻率選擇優(yōu)劣性和能量損耗程度的一個(gè)物理量：

(1)

其中ω為角諧振頻率，存儲(chǔ)能量為存儲(chǔ)的電能與磁能的和，平均功率消耗為導(dǎo)體壁消耗功率與介質(zhì)消耗功率之和。一般可以采取解析法和全波仿真法來提取諧振腔體的Q值。其中解析法適用于諧振器結(jié)構(gòu)規(guī)則且采用大抽頭耦合情況，可以根據(jù)諧振器尺寸和相應(yīng)的公式計(jì)算出諧振器Q值，例如終端短路的λ/2同軸諧振器、λ/2微帶諧振器、矩形波導(dǎo)諧振器以及圓波導(dǎo)諧振器等。而全波仿真法適用于提取任意外形諧振器的無載Q值，適用范圍較廣，此過程在類似于HFSS等商業(yè)軟件中可以自動(dòng)處理。

并且根據(jù)無載Q值與損耗因子δ以及帶通濾波器頻率變換關(guān)系可以得到Q值與δ的關(guān)系如下：

(2)

其中Qu為諧振器的無載Q值，f0與BW分別為帶通濾波器的中心頻率和設(shè)計(jì)帶寬。可以看出帶通諧振器的Q值與損耗因子δ、中心頻率f0以及濾波器帶寬BW均有關(guān)系。文獻(xiàn)[2]與文獻(xiàn)[3]具體研究了濾波器無載Q值、損耗以及濾波器相應(yīng)曲線的關(guān)系，并提出預(yù)失真技術(shù)使得濾波器相應(yīng)曲線顯示出高Q值特性,文獻(xiàn)[4]則將自適應(yīng)預(yù)失真技術(shù)得到的高Q值濾波器運(yùn)用到多工器設(shè)計(jì)中，可見Q值在濾波器和多工器設(shè)計(jì)中是個(gè)極其重要的參數(shù)。研究表明，相對(duì)于Q值接近于無窮大的理想濾波器，包含耗散元件濾波器(有限Q值濾波器)響應(yīng)的選擇性更差、曲線形狀更圓。而且?guī)V波器響應(yīng)曲線的傳輸零點(diǎn)和極點(diǎn)位置不是很清晰，其接近通帶邊沿的地方更加圓滑一些。以上研究均為設(shè)計(jì)滿足指標(biāo)要求的濾波器和多工器起到了較高的指導(dǎo)價(jià)值與實(shí)際意義。

2 圓柱腔模式對(duì)Q值影響分析

圓柱腔體是一種常用的微波諧振腔體，圓腔雙模濾波器就是利用調(diào)諧螺釘使得圓柱腔體內(nèi)的極化簡(jiǎn)并模之間產(chǎn)生耦合來實(shí)現(xiàn)濾波器的耦合結(jié)構(gòu)，并且TE模和TM模都可以作為簡(jiǎn)并模式。在圓柱腔內(nèi)隨著模式數(shù)從低到高排列時(shí)，模式數(shù)越高時(shí)，單模工作帶寬越窄。但是事實(shí)上圓柱諧振腔體的模式在很大程度上影響腔體的Q值，同一個(gè)腔體模式不同時(shí)，Q值也不相同。

圓波導(dǎo)諧振器的諧振頻率可以由下面給出的式子給出：

(3)

(4)

其中，ρnm是第一類貝塞爾函數(shù)第n階的第m個(gè)零點(diǎn)，是第一類貝塞爾函數(shù)的導(dǎo)數(shù)的第n階的第m個(gè)零點(diǎn)，而在真空環(huán)境下c為光速，a為圓柱諧振腔體的半徑，d為圓柱諧振腔體的長(zhǎng)度。

目前許多微波書籍中均提供了圓波導(dǎo)諧振器中的諧振模式圖來幫助設(shè)計(jì)人員通過選擇合適的諧振器尺寸(半徑a和高度d)來獲得理想的諧振頻率。文獻(xiàn)[5]中提到了圓波導(dǎo)諧振器模式圖以及圓波導(dǎo)腔中各種模式的Q值曲線：

(a)圓波導(dǎo)諧振器中的諧振模式圖[5](b)圓波導(dǎo)腔中各種模式的Q值曲線[5]
圖1 圓波導(dǎo)諧振器中的諧振模式圖以及各種模式對(duì)應(yīng)的Q值曲線
Fig.1 Resonance pattern diagram in circular waveguide resonator and Q-factor curve corresponding to various modes

根據(jù)對(duì)圖1分析可以得到：通過調(diào)整圓柱諧振腔體的直徑與長(zhǎng)度的比值，可以在一定程度改變傳輸方向上大于1(q>1)模式的起始的諧振頻率。舉例說明，選擇直徑與長(zhǎng)度的比值為1時(shí)TE112模為第5個(gè)諧振模式，該值為2時(shí)，TE112模式為第16個(gè)諧振模式。所以，當(dāng)圓柱諧振腔體比較扁時(shí)，更加有利于得到較寬的單模工作帶寬，但同時(shí)提高直徑與長(zhǎng)度的比例后會(huì)一定程度上導(dǎo)致此模式下的圓柱諧振器的的Q值有所下降，并非最優(yōu)。因此在工程設(shè)計(jì)時(shí)需要在選取圓柱腔直徑和長(zhǎng)度時(shí)對(duì)其Q值、模式以及諧振頻率做折中考慮。

3 調(diào)諧螺釘對(duì)腔體Q值影響分析

微波結(jié)構(gòu)中任何的不連續(xù)性都會(huì)產(chǎn)生損耗，從而對(duì)腔體Q產(chǎn)生不利影響，其中也包括調(diào)諧元件。在設(shè)計(jì)加工濾波器時(shí)調(diào)諧螺釘廣泛應(yīng)用于濾波器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于結(jié)構(gòu)如圖2的雙模濾波器，它們必須提供正交模之間的耦合。對(duì)于高性能濾波器，調(diào)諧螺釘用于減輕諧振器和耦合元件加工誤差的影響。調(diào)諧螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)、直徑以及長(zhǎng)度均會(huì)對(duì)諧振腔的Q值產(chǎn)生不同影響。

圖2 圓腔雙模濾波器基本結(jié)構(gòu)
Fig.2 Basic structure of circular cavity double mode filter

選用圓柱腔體對(duì)此問題進(jìn)行進(jìn)一步研究。圓柱腔的直徑為27.8mm，長(zhǎng)度為55.646mm，導(dǎo)電率為2.8×107，采用TE114模，諧振頻率為12.5GHz，并使用HFSS本征模來求解腔體Q值，并測(cè)得不加螺釘時(shí)Q值為15278。經(jīng)過測(cè)量得到如下數(shù)據(jù)：

在表1中“頻率間隔”是指通過增加螺釘數(shù)量或改變螺釘尺寸使得諧振頻率發(fā)生偏移的值，如果是雙模諧振腔則是指兩個(gè)諧振頻率之差。通過分析上述數(shù)據(jù)可以得到以下結(jié)論：

表1 調(diào)諧螺釘對(duì)圓柱腔Q值以及頻率間隔的影響
Table 1 Effect of tuning screw on Q value and frequency interval of cylindrical cavity

(1)螺釘選擇粗一點(diǎn)時(shí)(2.5mm和4mm)，當(dāng)深入尺寸相同時(shí)，粗螺釘對(duì)頻率偏移稍大(10%～30%)，兩者Q值近似，即如果達(dá)到相同的頻率偏移時(shí)，粗螺釘深入略短，Q值略高。

(2)當(dāng)螺釘選擇盤頭時(shí)若要達(dá)到相同的頻率偏移，圓柱腔體Q值更低，螺釘長(zhǎng)度更短，并且盤頭越大，Q值下降越多。

(3)螺釘選擇一對(duì)時(shí)(和單顆對(duì)比)達(dá)到相同的頻率偏移，Q值下降更少。

事實(shí)上，通過HFSS場(chǎng)分析，可以清楚的得到電磁場(chǎng)的扭曲程度是與Q值的變化成正相關(guān)的。在工程中可以通過切角和選用橢圓腔體等方法有效的解決耦合螺釘過長(zhǎng)帶來的Q值降低問題。

4 腔體Q值改變對(duì)整個(gè)濾波器性能影響分析

根據(jù)文獻(xiàn)[6]，通過廣義切比雪夫?yàn)V波器的綜合技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)分析可以得到濾波器的傳輸與反射響應(yīng)表達(dá)式為：

(5)

(6)

式中RS與RL分別為源阻抗與負(fù)載阻抗，[y′]為包含源和負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)開路阻抗和短路導(dǎo)納矩陣。然而[y′]又可通過[z′]求逆可得。根據(jù)文獻(xiàn)[7]到文獻(xiàn)[10]中所提及的N×N耦合矩陣形式電路，應(yīng)用基爾霍夫定律，可以得到不對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)的N+2阻抗矩陣構(gòu)造如下：

[z′]=j*M+s*I+R

(7)

其中M矩陣為N×N形式的主耦合矩陣，包含了不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的耦合值。R為包含源阻抗和負(fù)載阻抗的終端阻抗矩陣，sI為頻率變量矩陣(I為單位陣)，除了對(duì)角線元素s=jω外，其余元素均為零：

(8)

通常為了分析有限Q值濾波器的傳輸和反射響應(yīng)，一般的做法是在純虛頻率變量s=jω引入一個(gè)正實(shí)因子σ。對(duì)于帶通濾波器而言，諧振器的有限無載Q值的影響則可以通過s偏移σ個(gè)正實(shí)單位(即s→σ+s)，使得s=σ+jω來表示。其中σ可以根據(jù)式(5)確定。即：

(9)

大部分的濾波器綜合時(shí)均給與s變量一個(gè)相同的正實(shí)因子σ，使得所有s均偏移相同σ個(gè)正實(shí)單位，但如果給予N個(gè)諧振腔N個(gè)不同的Q值，根據(jù)上述公式則可以給出一個(gè)基于不同Q值的σ的矩陣：

(10)

這樣則可以將原頻率變量矩陣sI變?yōu)棣揖仃嚺csI矩陣之和的形式。即：

(11)

根據(jù)新生成的sI矩陣，運(yùn)用廣義切比雪夫?yàn)V波器的綜合方法，則可以很容易根據(jù)N個(gè)不同的Q值來分析指定腔體Q值的改變對(duì)整個(gè)濾波器傳輸與反射響應(yīng)的影響。如果是采用N+2形式的耦合矩陣也僅僅需要給sI增加兩行與兩列。

首先使用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)N+2型廣義切比雪夫?yàn)V波器綜合，根據(jù)上述方法使得濾波器的每個(gè)諧振腔體的Q值可以單獨(dú)設(shè)定。并以一個(gè)5階折疊型矩形波導(dǎo)濾波器為例進(jìn)行綜合與結(jié)果分析。濾波器指標(biāo)為：中心頻率f0=20GHz，帶寬BW=200MHz，回波損耗RL=-23dB，階數(shù)N=5，Q值為5000，傳輸零點(diǎn)均在無窮遠(yuǎn)處。根據(jù)上述指標(biāo)要求可以使用MATLAB綜合得到此濾波器耦合矩陣為：

(12)

下面給出改變某一腔體Q值后濾波器的傳輸特性曲線，并與未做Q值改變的原始濾波器特性曲線進(jìn)行對(duì)比，以分析其帶來的影響。又由于5階的濾波器在此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下為對(duì)稱的，因此改變第四腔與第五腔的Q值的情況與改變第二腔和第一腔Q值的情況相同，具體體現(xiàn)在傳輸曲線上僅僅是S11與S22曲線互換，因此在此僅給出前3腔Q值改變后的傳輸特性曲線圖。需要注意的是在下面的圖中，虛線部分均為原始濾波器的回波損耗與插入損耗曲線圖(由于原始濾波器為5階對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此S11與S22曲線重合)，實(shí)曲線均為某一腔體Q值改變以后濾波器的傳輸特性。

根據(jù)圖3(a)圖，很顯然當(dāng)?shù)谝磺坏腝值變小時(shí)，濾波器的回波損耗和插入損耗均發(fā)生了較大的改變。由于改變第一腔的Q值造成了原本對(duì)稱的濾波器“結(jié)構(gòu)”變成不對(duì)稱“結(jié)構(gòu)”，使得濾波器一端口的回波損耗和二端口的回波損耗曲線不再完全重合，并且曲線形狀更圓滑，通帶內(nèi)曲線起伏變大，平坦度降低，此時(shí)濾波器的性能變差并未達(dá)到原濾波器回波損耗的性能指標(biāo)。再看此時(shí)濾波器的插入損耗曲線，就濾波器的S21曲線相對(duì)原濾波器曲線而言，在通帶內(nèi)整體有所下降，并且接近通帶邊沿的地方更加圓滑，曲線下降的更快一些，駐波帶寬明顯變寬。這是由于諧振器的有載Q值可以等效為中心頻率比帶寬，當(dāng)中心頻率固定，Q值下降時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)“拓展帶寬”的現(xiàn)象，高頻的窄帶濾波器難做，也是因?yàn)樾枰逹值特性。

根據(jù)圖3(b)圖，當(dāng)?shù)诙坏腝值變小時(shí)，濾波器傳輸曲線的變化與第一腔的Q值變小時(shí)大致相同，但是相對(duì)而言會(huì)使得濾波器性能更差。顯然，此時(shí)回波損耗曲線距離給定指標(biāo)的差值更大。而此時(shí)濾波器的插入損耗曲線，相對(duì)(a)圖中的插入損耗曲線而言，在通帶內(nèi)整體又有所下降，并且接近通帶邊沿的地方比之更加圓滑，曲線下降的更快一些。

根據(jù)圖3(c)圖，由于改變第三腔的Q值，此時(shí)濾波器仍然是對(duì)稱“結(jié)構(gòu)”，因此濾波器一端口的回波損耗和二端口的回波損耗曲線完全一致，但是此時(shí)濾波器在三種情況中性能最差，S11與S22曲線在通帶內(nèi)幾乎成為一條直線，通帶性能進(jìn)一步下降。相對(duì)于(b)圖而言，此時(shí)濾波器的插入損耗在通帶內(nèi)整體也有所下降，并且接近通帶邊沿的地方比(b)圖更加圓滑。

而圖3(d)為上述濾波器第一腔Q值為800、第二腔Q值為5000、第三腔Q值為1200、第四腔Q值為1000以及第五腔Q值為5000的混合模式下濾波器的傳輸特性對(duì)比圖。濾波器的傳輸性能與設(shè)計(jì)性能相比較而言也發(fā)生了較大的下降。

(a)第一個(gè)腔體Q值為300時(shí)的傳輸曲線 (b)第二個(gè)腔體Q值為300時(shí)的傳輸曲線

(c)第三個(gè)腔體Q值為300時(shí)的傳輸曲線 (d)混合模式下濾波器的傳輸特性曲線
圖3 不同腔體Q值改變時(shí)濾波器的傳輸特性曲線
Fig.3 Transmission characteristic curve of filter when Q-factor of different cavity changes

根據(jù)上述分析結(jié)果可以得到：

(1)改變?yōu)V波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中兩個(gè)對(duì)稱腔體其中一個(gè)腔的Q值，造成濾波器一端口的回波損耗和二端口的回波損耗曲線不再完全一致。

(2)改變?yōu)V波器某一單腔Q值也會(huì)對(duì)濾波器傳輸特性造成較大影響。會(huì)使得濾波器S11與S22曲線形狀更圓滑，駐波帶寬增加，通帶內(nèi)曲線起伏變大，平坦度降低，濾波器的性能變差，未達(dá)到原回波損耗性能指標(biāo)。濾波器的插入損耗曲線，在通帶內(nèi)整體有所下降。

(3)越靠近拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中心腔體Q值的改變對(duì)整個(gè)濾波器性能造成的影響越大。

5 仿真驗(yàn)證與討論

根據(jù)文獻(xiàn)[11]所提及到的濾波器電路模型，通過Designer搭建上一節(jié)的5階矩形腔體濾波器并改變不同腔體Q值的大小，與上一節(jié)的理論分析對(duì)比，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

圖4 5階矩形腔體濾波器電路模型
Fig.4 5th-order rectangular cavity filter circuit model

根據(jù)Designer濾波器電路模型仿真得到的前三個(gè)腔體Q值改變后的濾波器傳輸特性曲線與MATLAB綜合得到的理論曲線大致相同，驗(yàn)證了分析方法的正確性以及分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。經(jīng)過上述分析可以明確，腔體濾波器中任意腔體的Q值的改變均會(huì)對(duì)整個(gè)濾波器的性能產(chǎn)生影響，其影響是全方面的而非局部的。如果在濾波器加工過程中由于焊接等加工缺陷導(dǎo)致某些腔體Q值降低，這時(shí)候單個(gè)腔體Q值也是很難去測(cè)量。實(shí)際上根據(jù)式(1)式可以得到諧振器的無載Q值降低等效于諧振腔的儲(chǔ)能降低和自身損耗能量的增加，即諧振器自身等效電阻值在增大。對(duì)于單個(gè)諧振器而言，當(dāng)其與外電路發(fā)生耦合時(shí)，則會(huì)把外電路的負(fù)載變換到理想諧振器電路中，使諧振器損耗增加，導(dǎo)致諧振器本身的Q值降低。換句話說，如果將濾波器等效電路中除了某一諧振器之外的部分均看為此諧振器的外電路，那么在整個(gè)腔體濾波器中當(dāng)有任意一個(gè)腔體無載Q值降低，除了會(huì)造成此諧振器自身等效電阻值的增加，也會(huì)使得濾波器中其它腔體的等效外部阻抗增加。但對(duì)于一個(gè)諧振器而言，諧振器的外界Q值可以體現(xiàn)此諧振器與外電路的耦合程度，在外界等效阻抗增加的情況下，為了保證外界Q值不變，此時(shí)需要增加諧振器之間的耦合。

圖5是通過Designer優(yōu)化耦合矩陣的方法對(duì)圖3(d)混合模式濾波器傳輸特性進(jìn)行修正后濾波器的傳輸特性曲線。優(yōu)化后濾波器的耦合矩陣為：

圖5 Designer優(yōu)化耦合矩陣后混合模式濾波器的傳輸特性修正
Fig.5 Correction of transmission characteristics of hybrid mode filters after Designer optimized coupling matrix

(13)

通過相同的方法容易驗(yàn)證，當(dāng)濾波器中某些單腔Q值在降低范圍不大的時(shí)候，通過增加濾波器輸入輸出與腔間耦合可以有效的減小其帶來的不利影響，并且距離Q值降低的單腔越近的耦合增大量應(yīng)該越大，在工程上則可以通過調(diào)節(jié)耦合螺釘來實(shí)現(xiàn)耦合量的增加。值得注意的是當(dāng)單腔Q值下降較大的時(shí)候，便很難恢復(fù)濾波器原有的傳輸性能。以上述5階矩形腔體濾波器為例，經(jīng)過Designer驗(yàn)證，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)腔體Q值下降了設(shè)計(jì)Q值的90%，第三個(gè)腔體下降了設(shè)計(jì)Q值的80%，第二個(gè)腔體下降了設(shè)計(jì)Q值的70%時(shí)均很難再通過調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘來恢復(fù)原有的濾波器性能。

6 結(jié)束語

文章以微波濾波器特殊設(shè)計(jì)要求或者加工制造缺陷造成某一或某些腔體Q值降低為背景，研究了傳輸模式以及調(diào)諧螺釘對(duì)腔體Q值的影響，并總結(jié)了對(duì)濾波器設(shè)計(jì)和加工有指導(dǎo)意義的一些結(jié)論，最后針對(duì)同一濾波器的不同諧振腔體擁有不同Q值的情況，結(jié)合廣義切比雪夫?yàn)V波器綜合技術(shù)，提出了其對(duì)濾波器性能影響的分析方法，將不同腔體Q值不同的情況歸結(jié)到綜合過程中頻率變量的偏移值的不同。通過MATLAB對(duì)該方法進(jìn)行了具體實(shí)現(xiàn)，又使用Designer搭建5階矩形波導(dǎo)濾波器電路模型，進(jìn)行仿真以驗(yàn)證此理論分析結(jié)果的正確性。通過分析5階矩形波導(dǎo)濾波器不同腔體Q值改變后濾波傳輸曲線的變化，發(fā)現(xiàn)諧振腔體Q值的改變會(huì)造成濾波器通帶內(nèi)插入損耗曲線整體下降、回波損耗曲線起伏變大、駐波帶寬增加、整體性能變差等影響，并且越靠近拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中心腔體Q值的改變對(duì)整個(gè)濾波器性能造成的影響越大。基于上述分析結(jié)果，以諧振器Q值與腔間耦合程度的關(guān)系為理論基礎(chǔ)，提出通過增加濾波器輸入輸出與腔間耦合的方法有效減小諧振器Q值的減小帶來的不利影響，并采用Designer優(yōu)化耦合矩陣的方法對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，為微波濾波器的工程設(shè)計(jì)與制造提供一定的指導(dǎo)價(jià)值。

審核編輯：湯梓紅