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[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；简要叙述了微波滤波技术在卫星通信和无线通信系统中的应用；并指出了微波滤波器的发展趋势。
中图分类号：P624.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0230-01
1 发展历史
1915年，德国科学家K.W.Wagn-er开创了一种以“瓦格纳滤波器”闻名于世的滤波 器设计方法，与此同时，在美国，G.A.Canbell则发明了另一种以图像参数法而知名的设计方法。1917年，两国的科学家分别发明了LC滤波器，次年美国第一个多路复用系统面世。从此许多科研人员开始积极地和系统地对采用集总元件电感和电容的滤波器设计理论的研究。 随着滤波器设计理论的深入研究、材料领域的不断进步及工作频率的日益升高，滤波器设计由原先的集总参数元件滤波器逐渐扩展到分布参数元件滤波器。1939 年， P.D.Rich-temeyer报道了介电滤波器，由于当时材料的温度稳定性不高使用该种滤波器 不足以实际应用。20世纪70年代以来，随着陶瓷材料的发展，介电滤波器的应用得到了迅速发展。近年来，小型化的趋势促进了各种类型微带滤波器的发展。20世纪80年代，出现了高临界温度超导材料，被认为极有可能用于设计出极低损耗和极小尺寸的新颖微波滤波器。目前，高温超导滤波器已逐步使用在军事和商业领域。
2 设计技术及应用
2.1 螺旋滤波器的应用
螺旋滤波器是介于LC滤波器和交指梳线滤波器之间的一种滤波器品种，在VHF 和U HF 频段，可实现Q值为100以上。它是利用螺旋谐振器的慢波原理，大大缩小了谐振器的体积。螺旋滤波器广泛应用于通信系统的收发组件中。一个典型的应用于450MHz无线接人系统中的双工器特性为： 收发间隔为5MHz，信道带宽为2MHz，插人损耗为2.5dB，收发隔离50dB。
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 同轴腔滤波器的应用
同轴谐振器腔体滤波器近年来在无线系统中发展迅速，主要应用于800M和1800M 及第三代移动通信系统。它是采用工作波长为λ/4 的正方形或圆柱形同轴谐振腔，可实现Q 值在S波段达500以上。同轴腔滤波器的设计有两大难点： 使用对称和不对称椭圆函数滤波器，这类函数响应的综合过程非常复杂。为满足高端6GHz 以上60dB谐波抑制要求，还须设计一种糖葫芦式低通滤波器， 并使其一端與滤波器匹配集成。一个PCS 接收滤波器（图1） 的典型特性为：频率范围： 1850～1910 MHz，带宽： 60 MHz，中心频率插损： 0.7 dB，通带驻波： 小于1.2，近带隔离： 在DC～1830MHz和1930MHz～2500MHz处，大于80 dB，近带隔离： 在2.5 ～6 G ，大于60 dB，体积： 250 x250 x40，工作温度： -0～+ 50 ℃。
目前正在研发的3GHz双工器组件，其双工器采用8节不对称椭圆函数同轴滤波器，收发通道间隔190 MHz，通带带宽60 MHz，互隔离为50 dB。为了满足2.2 GHz～12.7 GHz范围内50dB的隔离，在两个通道输出端分别增加一个低通滤波器。另外该双工器模块的ANT口还增加了一个双向耦合器 以提供电流、功率、驻波告警功能。
2.4 交指滤波器和梳状滤波器的应用
交指滤波器和梳状滤波器广泛应用450 M 、800 M系统及1800 M 无线通信系统，可实现Q值在S波段达2000以上，工作波长可做到1/8λ，特点是成本不高，公差要求低， 易于制造。另外，收发信机机架内的滤波器，通常强调其尺寸小型化，结构紧凑，互连方便，也使用交指滤波器和梳状滤波器。以下是应用于S 波段点对点微波电视传输系统的一个8，通道梳状多工器（图2） 的典型特性：频率范围： 2000 +8*30MHz，带宽： 25MHz，中心频率插损： 2.2dB，通带驻波： 小于1.2，相互隔离： 大于45dB，体积：250 x250 x 40，工作温度： -20～+ 65 ℃。
2.5 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，由于物理尺寸微小，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。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。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。
2.6 介质谐振器滤波器
七十年代初，高性能（高介电常数、低温度系数、低损耗）的介质陶瓷材料问世以来，陶瓷介质谐振器滤波器的研究经久不衰，几次达到了研究和应用高峰。它的优点是显然易见的： 使用介质谐振滤波器可以比波导空腔减少50 % 的重量和80 % 的体积。设计关键： 首先应对介质谐振器频率进行了精确计算，然后研究介质支撑材料及温度补偿。我们开发的软件能精确计算截止波导TE01（单模滤波器和HE11双模波导滤波器。“ 北斗” 导航卫星系统L波段预选滤波器正是采用TE11介质谐振器加载截止波导形式，它要求介质圆盘应紧紧牢靠的固定在圆柱腔的中间，要经得住发射环境的考验； 同时，应具有与空腔结构一样的可靠性系数。其陶瓷材料的介电常数为85，温度系数为-2ppm/℃，无载Q值达到4500，设计带宽为28MHz，中心频率插损为0.5dB。体积已由金属腔的970cm？己减小到110cm？， 星载陶瓷介质谐振器滤波器的首次使用， 其意义十分重大。
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。
4 结束语
微波滤波器在通信、信号处理、雷达等各种电路系统中具有广泛用途。随着移动通信、电子对抗和导航技术的飞速发展，对新的微波元器件的需求和现有器件性能的改善提出了更高的要求。发达国家都在利用新材料和新技术来提高器件性能和集成度，同时，尽可能地降低成本，减小器件尺寸和降低功耗。与国外相比，我国的微波滤波器的发展还有一定的差距，所以我们应掌握微波滤波器的发展方向，努力赶上世界先进水平。
参考文献
[1]徐鸿飞，朱成钰，刘坚，等.同轴腔带通滤波器的一种设计方法[J].微波学报，2004，29（2）：55-58，2004.
[2]赵娜.微波带通滤波器的研究[D].西安：西安电子科技大学，2007.
[3] 吴须大， 周绷. 同抽胜毖波器与徽放电.空间电子技术，2001.
中图分类号：P624.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0230-01
1 发展历史
1915年，德国科学家K.W.Wagn-er开创了一种以“瓦格纳滤波器”闻名于世的滤波 器设计方法，与此同时，在美国，G.A.Canbell则发明了另一种以图像参数法而知名的设计方法。1917年，两国的科学家分别发明了LC滤波器，次年美国第一个多路复用系统面世。从此许多科研人员开始积极地和系统地对采用集总元件电感和电容的滤波器设计理论的研究。 随着滤波器设计理论的深入研究、材料领域的不断进步及工作频率的日益升高，滤波器设计由原先的集总参数元件滤波器逐渐扩展到分布参数元件滤波器。1939 年， P.D.Rich-temeyer报道了介电滤波器，由于当时材料的温度稳定性不高使用该种滤波器 不足以实际应用。20世纪70年代以来，随着陶瓷材料的发展，介电滤波器的应用得到了迅速发展。近年来，小型化的趋势促进了各种类型微带滤波器的发展。20世纪80年代，出现了高临界温度超导材料，被认为极有可能用于设计出极低损耗和极小尺寸的新颖微波滤波器。目前，高温超导滤波器已逐步使用在军事和商业领域。
2 设计技术及应用
2.1 螺旋滤波器的应用
螺旋滤波器是介于LC滤波器和交指梳线滤波器之间的一种滤波器品种，在VHF 和U HF 频段，可实现Q值为100以上。它是利用螺旋谐振器的慢波原理，大大缩小了谐振器的体积。螺旋滤波器广泛应用于通信系统的收发组件中。一个典型的应用于450MHz无线接人系统中的双工器特性为： 收发间隔为5MHz，信道带宽为2MHz，插人损耗为2.5dB，收发隔离50dB。
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 同轴腔滤波器的应用
同轴谐振器腔体滤波器近年来在无线系统中发展迅速，主要应用于800M和1800M 及第三代移动通信系统。它是采用工作波长为λ/4 的正方形或圆柱形同轴谐振腔，可实现Q 值在S波段达500以上。同轴腔滤波器的设计有两大难点： 使用对称和不对称椭圆函数滤波器，这类函数响应的综合过程非常复杂。为满足高端6GHz 以上60dB谐波抑制要求，还须设计一种糖葫芦式低通滤波器， 并使其一端與滤波器匹配集成。一个PCS 接收滤波器（图1） 的典型特性为：频率范围： 1850～1910 MHz，带宽： 60 MHz，中心频率插损： 0.7 dB，通带驻波： 小于1.2，近带隔离： 在DC～1830MHz和1930MHz～2500MHz处，大于80 dB，近带隔离： 在2.5 ～6 G ，大于60 dB，体积： 250 x250 x40，工作温度： -0～+ 50 ℃。
目前正在研发的3GHz双工器组件，其双工器采用8节不对称椭圆函数同轴滤波器，收发通道间隔190 MHz，通带带宽60 MHz，互隔离为50 dB。为了满足2.2 GHz～12.7 GHz范围内50dB的隔离，在两个通道输出端分别增加一个低通滤波器。另外该双工器模块的ANT口还增加了一个双向耦合器 以提供电流、功率、驻波告警功能。
2.4 交指滤波器和梳状滤波器的应用
交指滤波器和梳状滤波器广泛应用450 M 、800 M系统及1800 M 无线通信系统，可实现Q值在S波段达2000以上，工作波长可做到1/8λ，特点是成本不高，公差要求低， 易于制造。另外，收发信机机架内的滤波器，通常强调其尺寸小型化，结构紧凑，互连方便，也使用交指滤波器和梳状滤波器。以下是应用于S 波段点对点微波电视传输系统的一个8，通道梳状多工器（图2） 的典型特性：频率范围： 2000 +8*30MHz，带宽： 25MHz，中心频率插损： 2.2dB，通带驻波： 小于1.2，相互隔离： 大于45dB，体积：250 x250 x 40，工作温度： -20～+ 65 ℃。
2.5 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，由于物理尺寸微小，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。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。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。
2.6 介质谐振器滤波器
七十年代初，高性能（高介电常数、低温度系数、低损耗）的介质陶瓷材料问世以来，陶瓷介质谐振器滤波器的研究经久不衰，几次达到了研究和应用高峰。它的优点是显然易见的： 使用介质谐振滤波器可以比波导空腔减少50 % 的重量和80 % 的体积。设计关键： 首先应对介质谐振器频率进行了精确计算，然后研究介质支撑材料及温度补偿。我们开发的软件能精确计算截止波导TE01（单模滤波器和HE11双模波导滤波器。“ 北斗” 导航卫星系统L波段预选滤波器正是采用TE11介质谐振器加载截止波导形式，它要求介质圆盘应紧紧牢靠的固定在圆柱腔的中间，要经得住发射环境的考验； 同时，应具有与空腔结构一样的可靠性系数。其陶瓷材料的介电常数为85，温度系数为-2ppm/℃，无载Q值达到4500，设计带宽为28MHz，中心频率插损为0.5dB。体积已由金属腔的970cm？己减小到110cm？， 星载陶瓷介质谐振器滤波器的首次使用， 其意义十分重大。
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。
4 结束语
微波滤波器在通信、信号处理、雷达等各种电路系统中具有广泛用途。随着移动通信、电子对抗和导航技术的飞速发展，对新的微波元器件的需求和现有器件性能的改善提出了更高的要求。发达国家都在利用新材料和新技术来提高器件性能和集成度，同时，尽可能地降低成本，减小器件尺寸和降低功耗。与国外相比，我国的微波滤波器的发展还有一定的差距，所以我们应掌握微波滤波器的发展方向，努力赶上世界先进水平。
参考文献
[1]徐鸿飞，朱成钰，刘坚，等.同轴腔带通滤波器的一种设计方法[J].微波学报，2004，29（2）：55-58，2004.
[2]赵娜.微波带通滤波器的研究[D].西安：西安电子科技大学，2007.
[3] 吴须大， 周绷. 同抽胜毖波器与徽放电.空间电子技术，2001.