[发明专利]一种X波段矩形波导法波干涉滤波器的Q值优化设计方法

说明书

本发明涉及微波技术，具体为一种X波段矩形波导法波干涉滤波器的Q值优化设计方法。本发明通过研究X波段矩形波导法波干涉滤波器Q值与各项参数(L、θ)之间的关系，分别将参数θ和L的变化与Q值联系起来拟合得到相应的公式；然后利用MATLAB根据θ和L单一参数与有效Q值的关系再次进行公式拟合，从而得到Q值与θ和L两者共同的关系曲线以及对应的拟合公式，实现了Q值与θ和L的精确定量，据此在不影响器件原有性能的前提下求得最优Q值，将此时的参数作为优化后的X波段矩形波导法波干涉滤波器参数。本发明最终可通过带入函数的方式来快速计算Q值，且准确性高。

技术领域

本发明涉及微波技术，具体为一种X波段矩形波导法波干涉滤波器的Q值优化设计方法。

背景技术

矩形波导作为微波领域使用最普遍的一种传输线，它由截面形状为矩形的金属管构成。波导内没有内导体，因此具有损耗低、功率容量大等特点。而由矩形波导所构成的滤波器作为腔体滤波器之一，在微波通信领域有着广泛的应用。矩形波导单腔的通带较大，所以在腔体数量足够少的情况下，带宽不能够做得很窄，不能满足频率选择性高的特点。而矩形波导法干涉滤波器较传统矩形波导滤波器具有更优性能。

微波谐振电路的品质因数即Q值是反应谐振电路损耗的一个重要量度，在损耗较低的情况下Q值较高。在单独考虑滤波器腔体结构时，通过考查滤波器的Q值可以对其性能优劣进行一个整体的判断。

传统计算Q值方法一般采用常用的微波仿真软件如HFSS、CST等进行运算，但是过于繁琐且精度相对不足。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有X波段矩形波导法波干涉滤波器设计时Q值优化相对繁琐以及精度较低的问题；本发明提供了一种X波段矩形波导法波干涉滤波器的Q值优化设计方法，通过提供Q值与填充介质长度L和沿其波传输方向的截面夹角θ的定量关系，从而在满足法波干涉滤波器的参数性能前提下进一步设计使Q值最高。

一种X波段矩形波导法波干涉滤波器的Q值优化设计方法，包括以下步骤：

步骤1、对待优化矩形波导法波干涉滤波器进行参数提取；由于法波干涉滤波器的矩形波导腔体中包含两种不同填充介质，该两种填充介质按入射波方向分段填满于矩形波导腔体当中，填充介质1填充于矩形波导腔体的中间部分，其沿波传输方向的一个截面为夹角θ的四边形，另一个截面为矩形，即波的传播方向与填充介质1两个填充面均成θ的夹角，填充介质1在矩形波导腔体中沿波传播方向的填充长度为L；填充介质2为两部分，分别相适应地填充于填充介质1两侧。

步骤2、以待优化矩形波导法波干涉滤波器的参数夹角θ和长度L为中心做范围变化并代入HFSS仿真软件中进行变量仿真测试；并根据现有的设计常识，在满足该法波干涉滤波器指标符合标准的前提下：确定夹角θ和长度L的取值范围，θ为10～85°；

步骤3、将步骤1和步骤2所得参数在HFSS内进行建模仿真，通过数理统计方法：

利用仿真以步长0.1°～1°得到夹角θ与Q值的关系曲线，采用多项式拟合得出对应的拟合公式，可以看出夹角θ和Q值呈正弦相关关系。

利用仿真得到长度L与Q值的关系曲线，采用多项式拟合得出对应的拟合公式，可以看出L与Q值呈正弦相关关系。

步骤4、同时改变θ和L，通过上述步骤3得到的数据在MATLAB上画出三维散点图，并采用多项式拟合方法得到θ和L两个参数与Q值的拟合曲面与拟合公式。

步骤5、以步骤4所得拟合公式在步骤2确定的θ和L取值范围内求解最优Q值，即通过将步骤2确定的θ和L值带入步骤4最终所得拟合公式，得出具体最优Q值，此时对应的θ和L的值即为优化Q值后的矩形波导法波干涉滤波器的参数。