[發明專利]一種X波段矩形波導法波干涉濾波器的Q值優化設計方法

有效

• 申請號: 202110263486.8
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113078435B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 汪曉光;暢甲維;王正華;韓天成;楊光
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P11/00
• 分類號: H01P11/00;H01P1/20;G06F30/20
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明涉及微波技術，具體為一種X波段矩形波導法波干涉濾波器的Q值優化設計方法。本發明通過研究X波段矩形波導法波干涉濾波器Q值與各項參數(L、θ)之間的關系，分別將參數θ和L的變化與Q值聯系起來擬合得到相應的公式；然后利用MATLAB根據θ和L單一參數與有效Q值的關系再次進行公式擬合，從而得到Q值與θ和L兩者共同的關系曲線以及對應的擬合公式，實現了Q值與θ和L的精確定量，據此在不影響器件原有性能的前提下求得最優Q值，將此時的參數作為優化后的X波段矩形波導法波干涉濾波器參數。本發明最終可通過帶入函數的方式來快速計算Q值，且準確性高。

技術領域

本發明涉及微波技術，具體為一種X波段矩形波導法波干涉濾波器的Q值優化設計方法。

背景技術

矩形波導作為微波領域使用最普遍的一種傳輸線，它由截面形狀為矩形的金屬管構成。波導內沒有內導體，因此具有損耗低、功率容量大等特點。而由矩形波導所構成的濾波器作為腔體濾波器之一，在微波通信領域有著廣泛的應用。矩形波導單腔的通帶較大，所以在腔體數量足夠少的情況下，帶寬不能夠做得很窄，不能滿足頻率選擇性高的特點。而矩形波導法干涉濾波器較傳統矩形波導濾波器具有更優性能。

微波諧振電路的品質因數即Q值是反應諧振電路損耗的一個重要量度，在損耗較低的情況下Q值較高。在單獨考慮濾波器腔體結構時，通過考查濾波器的Q值可以對其性能優劣進行一個整體的判斷。

傳統計算Q值方法一般采用常用的微波仿真軟件如HFSS、CST等進行運算，但是過于繁瑣且精度相對不足。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為解決現有X波段矩形波導法波干涉濾波器設計時Q值優化相對繁瑣以及精度較低的問題；本發明提供了一種X波段矩形波導法波干涉濾波器的Q值優化設計方法，通過提供Q值與填充介質長度L和沿其波傳輸方向的截面夾角θ的定量關系，從而在滿足法波干涉濾波器的參數性能前提下進一步設計使Q值最高。

一種X波段矩形波導法波干涉濾波器的Q值優化設計方法，包括以下步驟：

步驟1、對待優化矩形波導法波干涉濾波器進行參數提取；由于法波干涉濾波器的矩形波導腔體中包含兩種不同填充介質，該兩種填充介質按入射波方向分段填滿于矩形波導腔體當中，填充介質1填充于矩形波導腔體的中間部分，其沿波傳輸方向的一個截面為夾角θ的四邊形，另一個截面為矩形，即波的傳播方向與填充介質1兩個填充面均成θ的夾角，填充介質1在矩形波導腔體中沿波傳播方向的填充長度為L；填充介質2為兩部分，分別相適應地填充于填充介質1兩側。

步驟2、以待優化矩形波導法波干涉濾波器的參數夾角θ和長度L為中心做范圍變化并代入HFSS仿真軟件中進行變量仿真測試；并根據現有的設計常識，在滿足該法波干涉濾波器指標符合標準的前提下：確定夾角θ和長度L的取值范圍，θ為10～85°；

步驟3、將步驟1和步驟2所得參數在HFSS內進行建模仿真，通過數理統計方法：

利用仿真以步長0.1°～1°得到夾角θ與Q值的關系曲線，采用多項式擬合得出對應的擬合公式，可以看出夾角θ和Q值呈正弦相關關系。

利用仿真得到長度L與Q值的關系曲線，采用多項式擬合得出對應的擬合公式，可以看出L與Q值呈正弦相關關系。

步驟4、同時改變θ和L，通過上述步驟3得到的數據在MATLAB上畫出三維散點圖，并采用多項式擬合方法得到θ和L兩個參數與Q值的擬合曲面與擬合公式。

步驟5、以步驟4所得擬合公式在步驟2確定的θ和L取值范圍內求解最優Q值，即通過將步驟2確定的θ和L值帶入步驟4最終所得擬合公式，得出具體最優Q值，此時對應的θ和L的值即為優化Q值后的矩形波導法波干涉濾波器的參數。