基于枝節加載的超寬帶濾波器的設計

本文提出了一種具有新型枝節加載諧振結構的超寬帶濾波器的 設計方案，該方案中所設計的濾波器具有良好的超寬帶特性，其3dB帶寬為2.65GHz-10.95GHz,并且通帶內3.18GHz-10.46GHz 的范圍內S11>20dB.通過(guò)仿真的結果可以表明，本方案中所采用的枝節加載形式，可以實(shí)現濾波器良好的的選擇性以及阻帶特性。

1.引言

自2002年美國聯(lián)邦通訊委員會(huì )(FCC)批準把3.1GHz到10.6GHz之間的頻段分配給超寬帶通信系統使用以來(lái)，小型化，高性能已經(jīng)成為了超寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統的必然趨勢。

本文提出了一種具有新的枝節加載諧振器結構超寬帶濾波器的設計方案。該方案的結構為使用圓形開(kāi)路階躍短截線(xiàn)為中心枝節，通過(guò)圓形諧振器控制奇偶模式的分布;達到短路和開(kāi)路枝節控制帶外抑制。該方案中所設計的濾波器具有小尺寸，良好選擇性等優(yōu)點(diǎn)， 通過(guò)仿真的結果證實(shí)了該方案的可行性。

2.超寬帶濾波器的總體結構

由于之前的文章中有涉及到首次使用圓形開(kāi)路階躍短截線(xiàn)單元進(jìn)行超寬帶濾波器的設計方案。在文章中可以知道這種單元具有低通特性，并且其截止頻率會(huì )隨著(zhù)半徑R的增大而減小，邊緣響應也隨之變得都陡峭。這樣，我們可以使用加載其他枝節引入傳輸零點(diǎn)的方法得到好的阻帶特性。

如下圖所示，圖1為所設計超寬帶濾波器的整體結構圖。

整體電路左右對稱(chēng)，使用介電常數為10.2,厚度為1.27mm的Roger RT/duroid6010介質(zhì)基板，端口阻抗為50Ohm.考慮的制作工藝的難易度和可行性，所有微帶間縫隙寬度不小于0.1mm,且金屬化過(guò)孔的半徑不小于0.1mm.

超寬帶濾波器整體結構(r1=0.5,w1=1.3,w2=0.2,w3=0.1,w4=.01,w5=0.2,w6=0.3,r2=0.1,s=0.1,單位：mm)

圖2則為圓形階躍短截線(xiàn)兩邊開(kāi)路及短路枝節的等效電路。兩種枝節的輸入阻抗可以表示為：

這里和θ 為枝節的特性阻抗以及電長(cháng)度。當θ 分別等于0o,90o,180o的時(shí)候， 分別等于0, ∞ ,0, 分別等于∞ ,0, ∞ .

由此可以得到，當超寬帶濾波器的中心頻率的的時(shí)候，由短路枝節可以得到兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，并且能提高濾波器的選擇性。而又由于開(kāi)路枝節的存在，當開(kāi)路枝節的電長(cháng)度等于帶外頻率抑制點(diǎn)的1/4波長(cháng)的時(shí)候，能夠提高帶外阻帶的性能。在這篇文章里，我們設置帶外抑制頻率點(diǎn)為15GHz.

通過(guò)以上的分析，一個(gè)新型的枝節加載超寬帶濾波器就可以得到，電路的初始尺寸也可以由上述分析得到，最后使用HFSS進(jìn)行仿真和優(yōu)化。

3.仿真結果與分析

通過(guò)HFSS仿真得到的仿真曲線(xiàn)波形圖如下圖3所示。

從圖中可以看出，濾波器測試帶寬為3.18GHz到10.46GHz,且通帶兩端具有較好選擇性，插入損耗小于0.25dB,帶內時(shí)延平坦，其20dB阻帶抑制范圍可以達到15GHz,從而驗證了設計的有效性。此外該濾波器結構緊湊，物理尺寸為16.6mm×13mm.

4.結論

本文提出了一種新型枝節加載諧振結構的超寬帶濾波器的 設計方案，該方案中所設計的濾波器具有良好的超寬帶特性，其3dB帶寬為2.65GHz-10.95GHz,并且通帶內3.18GHz-10.46GHz 的范圍內S11>20dB.經(jīng)過(guò)仿真驗證，本方案中所采用的枝節加載形式，可以實(shí)現濾波器良好的的選擇性以及阻帶特性，進(jìn)而表明了該方案的可行性。