2.2.3 带外抑制

滤波器的带外抑制又称阻带抑制，滤波器的形状通常是较规整的形状，理想状态下通带内的微波全部通过，通带外的微波全部过滤掉。在其实际应用中，通带内的微波信号出现衰减，通带外的微波信号未完全滤除，仅能滤除大部分能量，带外抑制度反应了对过滤微波信号的衰减幅度，对不需要的频率点，微波信号的抑制能力，一般希望尽可能的大，并在通带范围外陡峭的下降，通常取带外与带宽为一定比值的某一频率的衰减值作为此项指标。带外抑制这个概念实际上还是属于损耗的范畴，只是我们现在所说指的是在通带外，微波信号的衰减已经被抑制得比较充分，这个具体的损耗值就是带外抑制的值。

2.2.4端口驻波比

端口驻波是衡量滤波器性能的关键指标之一，衡量滤波器与系统中其它器件的匹配程度。当系统器件之间出现不匹配时，馈线上同时存在入射波Ei和反射波Er。在入射波和反射波相位相同的地方，入射波电压与反射波电压的幅度相加形成一个最大电压振幅Emax，称为波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压幅度相减形成一个最小电压振幅Emin，称为波节。其它各点电压的幅度值则介于波腹与波节之间，这种合成波称为驻波。

驻波波腹电压幅度与波谷电压幅度之比为端口驻波比。若驻波比值为1时，微波信号全部通过，不存在回波损耗；若驻波比接近无穷大时，微波信号全部被反射，滤波器的输出信号能量近似为零。

2.2.5其他指标

滤波器的脉冲功率容量为滤波器所能承受的最大信号通过功率，由滤波器中强电场对介质的击穿来决定，通常与滤波器的结构和介质强度有关。一般情况下同轴线和带状线结构的功率容量至少要比矩形波导小6、7倍，而矩形波导又比圆波导小4倍左右。

在规定的带宽内，插入损耗最大值与最小值之间的差值为带内波动，又叫带内波纹或者通带波纹。带内波动用于描述通带内信号幅度的起伏程度，也受限于谐振器的固有Q值，其值越小，则通带信号波动越小，说明滤波器更稳定。

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第三节本章小结

本章主要对滤波器设计的基本原理进行介绍，通过设计滤波器实现对需要的微波频段进行过滤，滤除不需要的微波频段，有效地降低信号各频段之间的干扰，提升微波信号质量。并介绍了滤波器的主要技术指标，包括滤波器通带的频段、插入损耗、带外抑制、端口驻波比等技术指标。

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第三章高低通级联超宽带滤波器的设计

第一节超宽带滤波器的设计方法

近年来，离散时域技术[17-19]被应用到超宽带滤波器的设计。这种方法与以往的超宽带滤波器的综合设计方法有所不同，虽然它也是从集总元件电路特性得到的系统函数出，但不同的是，它将该系统函数变换成离散时域的系统函数并将其作为目标函数；然试图利用电长度相等的传输线（包括短路枝节、开路枝节等）来实现该目标函数。实现的过程中，通过网络分析方法得到这些传输线的链形散射矩阵，根据各个部分链形散射矩阵便可以获得系统的传输函数；最后对这一传输函数进行优化，其响应与目标函数尽可能地接近，便可获得各个传输线的特性阻抗，从而完成整个滤器的综合过程。这种方法的缺点有以下几个方面：(1)设计出的滤波器结构往往没有规律性，从使得这种结构实现起来不是唯一的，这样就会增加优化的难度；(2)由于传输线电路构的不确定性，优化计算有时也会难以成功；(3)优化得到的实际电路结构中传输线阻抗有时会相差很大，实现操作比较复杂；(4)此方法综合设计出的滤波器通常尺寸比较大。

基于z变换技术的滤波器综合设计方法主要包括三个步骤：第一，根据网络分析理论对滤波器的结构进行分析，得到该结构所能实现的理想传输函数。用z变换技术将该传输函数转化成z域的传输函数F(z)，并将其作为优化过程中的目标函数。第二，先推导出滤波器各个部分的链形散射矩阵，并将其转化成离散形式，然后通过矩阵运算得到滤波器的实际传输函数T(z)，其系数是关于滤波器各连接线和短路线的特性阻抗的表达式。第三，利用优化算法得到滤波器各连接线和短路线的特性阻抗值，从而完成滤波器的设计。

蔡鹏[18]对z变换方法进行了改进，彻底摆脱传统窄带滤波器的设计思路。改进后的方法基于z变换技术的超宽带滤波器的设计，依据其分布参数特性得到的系统函数出发，利用离散时域技术获得z域的系统函数。采用“四分之一长短路枝节、半波长连接线、四分之一波长短路枝节”为基本单元的周期性结构实现该系统函数所得到的滤波特性。经过优化计算之后得到滤波器各个部分的特性阻抗，然后根据公式计算和仿真调整，就可以得到滤波器的物理尺寸。该方法有以下特

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点：(1)继承了利用离散时域技术设滤波器的基本设计思路，并提出了从分布参数电路特性得到的系统函数出发的设计新思路；(2)得到的周期性电路结构使得实际电路结构具有一定的规律性，可以清楚地定义滤波器的级数，这是上述传统离散时域设计方法所不能得到的；(3)由于实际电路结构的确定性，使得优化计算非常容易成功；(4)优化得到实际结构的特性阻抗相差不会很大，实现起来比较容易。

一般来讲，上述方法中，不论是“传统离散时域技术优化综合设计方法”还是“改进的z变换优化综合设计方法”，它们设计出来的滤波器都有一个共同的特点，那就是带外衰减缓慢、频率选择性不高。如果要加快带外衰减，常用的方法就是增加滤波器的级数，但是这样会使得电路结构变得非常复杂而且庞大，设计调试也比较困难。“如何能够采用尽可能少的级数，得到尽可能好的特性”，这不仅是滤波器小型化所需要的，而且也可以大大简化设计人员对滤波器的设计和调试过程。根据以上综合设计方法，发展起来最优短路端的设计方法[20,21]。

图3.1 五阶四分之一波长短路端传输线带通滤波器的结构

图3.1表示四分之一短路端构成的超宽带带通滤波器的原理图。基本的滤波器包括五阶四分之一波长的分支短路端，每个短路端也用四分之一波长的联接线连接，该波长对应于中心频率为6.85GHz的导波波长。超宽带滤波器的特性由分支短路端Yi(i=1,2,3,4,5)和联接线的特性导纳Yi,i+1(i=1,2,3,4)决定。

第二节基于开槽多模谐振器设计的超宽带滤波器

超宽带滤波器的设计原理是基于传统的多模谐振器而设计，并采用微带谐振结果的传统的开路多模谐振器的结构图，其结构如图3.2所示。多模谐振器的中心Z1是一个低阻抗线段，两边Z2是等长的高阻抗线段。其中每段的特性阻抗分

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