微波濾波器研究背景目的意義和研究歷史及現(xiàn)狀1 研究背景，研究目的及意義隨著無線通信的迅猛發(fā)展，頻率資源的日益緊張，作為分離有用和無用信號(hào)的微波濾波器成為通信系統(tǒng)中的重要部件，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量?，F(xiàn)在，微波濾波器已被廣泛應(yīng)用于微波、毫米波通信、微波導(dǎo)航、制導(dǎo)、遙測遙控、衛(wèi)星通信以及軍事電子對(duì)抗等多種領(lǐng)域，并對(duì)微波濾波器的要求也越來越高。高阻帶抑制、低通帶插損、寬頻帶、高功率、寄生通帶遠(yuǎn)和帶內(nèi)平坦群時(shí)延等成為用戶的主要技術(shù)指標(biāo)要求。同時(shí)，體積、成本、設(shè)計(jì)速度也是用戶極為關(guān)心的話題。因?yàn)榇蟛糠滞ㄐ畔到y(tǒng)收發(fā)鏈路共用一根天線，對(duì)雙工器乃至多工器的研究需求也越來越迫切。這就促使微波設(shè)計(jì)師們不斷研究和發(fā)展微波濾波器和雙工器的設(shè)計(jì)技術(shù)。傳統(tǒng)的濾波器根據(jù)其頻率響應(yīng)可以分為巴特沃茲、契比雪夫和橢圓函數(shù)l等。巴特沃茲濾波器在通帶具有最大平坦特性，而契比雪夫?yàn)V波器在通帶內(nèi)具有等波紋特性，他們的傳輸零點(diǎn)被定義在無窮遠(yuǎn)。而橢圓函數(shù)濾波器雖然具有有限頻率遠(yuǎn)處的傳輸零點(diǎn)，但是隨著濾波器階數(shù)的確定，其傳輸零點(diǎn)位置也是確定的?，F(xiàn)在一種廣義契比雪夫的傳遞函數(shù)被用于濾波器設(shè)計(jì)中，其設(shè)計(jì)極其靈活，但是無表可查。這種濾波器的傳輸零點(diǎn)位置可以任意確定，最多可以實(shí)現(xiàn)和濾波器階數(shù)一樣多的傳輸零點(diǎn)。其傳輸零點(diǎn)位置既可以放在通帶外以提高阻帶抑制，又可以放在通帶內(nèi)將濾波器的一個(gè)通帶分成多個(gè)通帶，傳輸零點(diǎn)不僅可以位于實(shí)軸來提高頻率選擇性，又可以位于虛軸來平坦濾波器的群時(shí)延。傳統(tǒng)的波導(dǎo)雙工器是用環(huán)形器與兩個(gè)濾波器相連?，F(xiàn)在一般采用T型結(jié)直接與濾波器相連，其重量減輕，提高了電氣性能指標(biāo)，一體化程度高，易于加工，但是加大了設(shè)計(jì)難度。這種設(shè)計(jì)需要在仿真優(yōu)化時(shí)減小濾波器間的相互影響。在設(shè)計(jì)這種雙工器時(shí)，在較寬頻帶內(nèi)具有低回波損耗的T接頭成為設(shè)計(jì)的重要部分。其中矩形波導(dǎo)T形接頭有E面T形接頭(簡稱E-T接頭)和H面T形接頭(簡稱H-T接頭)兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖所示:矩形波導(dǎo)T接頭(a)E-TCo)HT接頭的等效電路2微波腔體濾波器的研究歷史及現(xiàn)狀在1937年，由WP Mason和RASykes發(fā)表的文章中首先研究了微波濾波器，他們是利用了ABCD參數(shù)推導(dǎo)出了大量有用濾波器相位和衰減函數(shù)。應(yīng)用映像參數(shù)方法當(dāng)時(shí)主要在美國各大實(shí)驗(yàn)室中，例如在Mn實(shí)驗(yàn)室里，他們重點(diǎn)研究波導(dǎo)濾波器，而在Harvard實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)研究寬帶低通、帶通同軸及窄帶可調(diào)諧濾波器。映像參數(shù)方法的工作大多在MIT實(shí)驗(yàn)室由Fano和Lawson完成，他們的著作對(duì)于微波濾波器有比較清晰的介紹，甚至在40年后還有應(yīng)用價(jià)值。在隨后的微波濾波器理論的研究和發(fā)展過程中，許多專家和學(xué)者作出了重大的貢獻(xiàn)。Cohn在集總元件低通濾波器原型機(jī)的基礎(chǔ)上第一個(gè)提出了方便實(shí)用的直接耦合空腔濾波器理論。上世紀(jì)60年代，GLMatthaei在其專著中對(duì)微波濾波器的經(jīng)典設(shè)計(jì)方法作出了較全面、系統(tǒng)的介紹，但主要針對(duì)最平坦型和契比雪夫型，未涉及橢圓函數(shù)型和廣義契比雪夫型。70年代初，AEWilliams和Kurzrok提出用于分析交叉耦合的低階濾波器。AEAtia,AEWilliams和RWNewcomb對(duì)交叉耦合合展開研究，總結(jié)出傳輸零點(diǎn)對(duì)稱分布時(shí)的偶模網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的偶模矩陣的綜合方法。Levy建立了集總和分布原型的元件公式間的聯(lián)系，給出了推導(dǎo)原型元件的簡單而準(zhǔn)確的公式；Rhode建立起了線性相位濾波器理論。1999年Richard JCameron把廣義契比雪夫?yàn)V波器的傳輸零點(diǎn)由實(shí)數(shù)擴(kuò)展到復(fù)數(shù)，從而將傳輸零點(diǎn)和時(shí)延結(jié)合起來研究，提出用循環(huán)遞歸的方法構(gòu)成廣義契比雪夫的傳輸和反射函數(shù)多項(xiàng)式，根據(jù)導(dǎo)納矩陣和部分分式展開求取留數(shù)，再利用施密特正交變換的方法綜合耦合矩陣，其矩陣綜合和消零計(jì)算量較大。如何將不可實(shí)現(xiàn)或不是最簡的耦合元素消零成為研究熱點(diǎn)，但目前國際上主要采用相似變換(矩陣旋轉(zhuǎn))盡可能多地消去非零元。這一系列貢獻(xiàn)，都可以說是微波濾波器發(fā)展史上的重大突破。七十年代初期，我國的老一輩微波專家甘本拔、吳萬春、李嗣范、林為干等，在國外研究成果的基礎(chǔ)上,濾波器的設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，為我國微波濾波器的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。近年來，隨著軍事、科研、通信的發(fā)展，市場對(duì)微波濾波器在性能方面的需求不斷地提升。而在微波濾波器的研究方面又有了新的突破。一些學(xué)者相繼提出了濾波器的綜合方法，并將這些方法應(yīng)用于濾波器的工程設(shè)計(jì)，取得了良好的效果。對(duì)于兩個(gè)相同的諧振腔，既有電