微波滤波器的应用与展望

摘要 微波滤波器是现代微波中继通信、微波卫星通信、电子对抗等系统中必不可少的组成部分。本文对各类微波滤波器的用途和发展过程作了分析, 内容涉及LC滤波器、微带线滤波器、波导滤波器、腔体滤波器；并指出了微波滤波器的发展趋势，包括SAW滤波器、LTCC滤波器等。

关键词 微波滤波器；波导滤波器；腔体滤波器；LTCC滤波器

中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0173-02

1发展历程

1917年，第一个LC滤波器出现，是由德国的Wagner和美国的Campell分别发明的；1918年第一个多路复用系统在美国出现，随后一直至50年代无源滤波器得到飞速发展并日趋成熟。S.B.Cohn在1957年首先提出直接耦合腔体滤波器的理论，非常的方便实用。R.J.Cameron在1980年~1982年提出了广义切比雪夫函数，随后在交叉耦合多路滤波网络的综合中，切比雪夫函数得到了大量的应用。R.J.Cameron在1999年~2003年间提出了耦合矩阵综合微波滤波器的方法并使之完善。

2微波滤波器的应用

现代无线电系统，包括微波卫星通信、中继通信、电子对抗、雷达等发展迅猛，而滤波器的性能的直接影响整个系统的性能优劣，因此微波滤波器也得到不断的更新于发展，为了满足各种应用环境的需要，出现了很多不同类型的微波滤波器。

2.1微带线滤波器

微带线滤波器因其易于跟其他电路集成，而且在平面制图和制版上比较方便，在射频和微波电路中得到了很广泛的应用。它的特点是尺寸小，易于加工，可以采用不同的衬底材料而改变频率的范围。

半波长平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中应用很广泛，它的优点是结构很紧凑、第二寄生通带的中心频率在主通带中心频率的3倍处，适用的频率范围很大，相对带宽可以达到20%；但其缺点是插损较大，滤波器在一个方向上占用的空间比较大。发夹型滤波器的结构是发夹型谐振器并排排列耦合而成，结构更为紧凑，它的信号输入输出方式可采用平行耦合式或者抽头式。其他类型的微带线滤波器还有交指型滤波器、微带类椭圆函数滤波器等。

2.2波导滤波器

波导滤波器是一种无源滤波器，其应用非常广泛，在大功率和高频段的天馈系统尤为突出。波导滤波器是一种选频电路，适用于高功率的系统中，且滤波器的性能良好，易于与波导天线的馈电装置连接。波导滤波器的主要功能是插入损耗以及带内波纹很小的前提下，提供足够的阻带选择性与带外抑制。它的适用范围大概在8-100GHz。波导带通滤波器还应用于很多的微波多工器上，但是它有个最大的缺点是在同频率滤波器中，波导滤波器尺寸明显较大，随着微波技术的发展，天线系统的复杂，对波导滤波器的需求也越来越大，对其性能和尺寸提出了更好的要求，需要研究人员不断的改进与完善。

2.3腔体滤波器

腔体滤波器在通信系统中的应用与波导滤波器同样广泛，它的特点在于插入损耗低，一般在1dB以内，阻带的抑制性高、调谐方便，同时承受功率也比较大。其中同轴腔具有电磁屏蔽特性和高Q值、低损耗等特性。与波导滤波器相比它的优势在于尺寸较小，重量相对较轻，但是在10GHz以上使用时，由于物理尺寸微笑，制作精度要求很高，比较难以达到。同轴腔形式的带通滤波器一般分为标准同轴腔、方腔同轴等，如图1所示。

螺旋谐振腔体是新出现的腔体结构，它可以提供高Q的谐振回路，解决甚高频高质量的窄带滤波技术难题。如图2所示，它的内腔多是采用圆形结构的。由于螺旋谐振腔的理论还不是十分成熟，因此所设计出的器件指标上存在10%左右的误差在所难免。

3 微波滤波器的发展趋势

随着微波技术与通信技术的不断发展，滤波器的小型化和高性能化已经成为一种必然的趋势，其他各种新型滤波器也开始应用于各种通信系统中，如套磁介质滤波器、SIR滤波器、SAW滤波器、微波有源滤波器、LTCC滤波器等。

3.1 SAW滤波器

SAW滤波器具有很多优点，它的体积小质量轻，而且产品一致性好，便于批量生产；因其品质因数和带阻比较高，被广泛用于射频和中频系统中。然而，SAW滤波器一般只用于2GHz以下的通讯系统，因为在高频下难以处理大功率，而且SAW器件插损较大且难于集成。

3.2 LTCC滤波器

LTCC技术具有膜厚技术和共烧技术两者的优点，所有的电路叠层以后一次烧结，减少了复杂的烧结过程，节省了大量时间，降低了成本，减小了尺寸；而且更为重要的是LTCC滤波器具有高集成度、高稳定性和高品质因数的优点，在微波领域有着巨大优势。因此LTCC技术的滤波器已经开始大量运用于手机、ipad等电子设备中，而且在无线局域网卡，蓝牙、无线开关等模块也大有用武之地。

4 结论

本文给出了一些常用滤波器的特点、原理以及其应用范围，在选用时要综合各种条件进行考虑。微波滤波器朝着高频化、集成化、小型化发展是一种必然趋势。对各种滤波器改进结构，扩大它的工作频率与相对带宽、降低滤波器制作成本是设计人员进步一的课题，以适应飞速发展的通信领域。

参考文献

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