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射电天文观测是现代天文学研究的主要手段,射电天文观测的射电源有种类繁多、信号微弱等特性。接收并分析来自太空射电波的观测仪器统称为射电望远镜,其主要结构由定向天线或天线阵、馈电系统、高灵敏度接收机、高精度数据记录设备等部分组成。射电望远镜是射电天文观测的主要工具,用于射电天文观测的微波接收机必须具有宽频带、低噪声的特点。灵敏度和分辨率是衡量射电望远镜性能的两个重要指标,提高微波接收机的性能就能很好的提高射电望远镜的灵敏度。
微波滤波器作为接收机必不可少的选频元件,其性能的优劣直接影响接收机的性能。微波滤波器根据结构可简单的分为平面结构滤波器和腔体滤波器,它们根据各自的结构及性能特点应用于不同的工作波段及领域。因此本文根据新疆天文台乌鲁木齐南山25米射电望远镜在L、S、X射电波段特殊的观测要求和接收机性能,在L波段选择设计了两款微带滤波器,在X、S波段选择设计了两款腔体滤波器。
本文首先以微波滤波器设计的基本理论为指导,借鉴其他文献中微波滤波器的经典设计理论与方法,总结了微波滤波器的设计思路。然后主要针对微带线滤波器和腔体微波滤波器的设计,研究分析了滤波器频率变化和滤波器结构参数之间的关系。再依据设计指标,明确采用切比雪夫函数带通滤波器,利用ADS软件对L波段的两款微带线滤波器,发夹结构和平行耦合结构的几何参数的初值进行仿真、优化,仿真结果满足最初的设计指标要求。利用HFSS软件对X、S波段两款腔体滤波器几何参数的初值进行仿真、优化,使其满足最初的设计指标要求。四款滤波器最终的仿真结果都达到了设计指标,并基于软件仿真总结了各自的调试经验,这对以后其他波段接收机中微波滤波器的设计、加工及调试奠定了基础。