雙頻帶帶通濾波器設計方法

　　本文推薦的雙頻帶帶通濾波器可以通過(guò)級聯(lián)兩個(gè)ASSR和長(cháng)度用W5表示的微帶線(xiàn)來(lái)合成(圖1)。為清楚地表明這些ASSR的特定工作原理，圖3提供了相應的 等效電路模型。相連的微帶線(xiàn)用電感L2表示，ASSR用電容C1和電感L1及互感Lm表示。從模型可以看出，一個(gè)通帶主要由ASSR決定，另一個(gè)通帶取決 于電感L2和ASSR等效阻抗網(wǎng)絡(luò )的組合作用。

　　從這個(gè)電路模型可以很明顯看出，雙通帶中有一個(gè)通帶主要取決于A(yíng)SSR的固有 通帶，另一個(gè)通帶則由相連的微帶線(xiàn)和ASSR等效阻抗網(wǎng)絡(luò )的組合產(chǎn)生。顯然，通帶2可以通過(guò)L2獨立進(jìn)行調整。另外，ASSR的幾何參數可以同時(shí)影響兩個(gè) 通帶。為示范這種模型的有效性，我們使用曲線(xiàn)擬合方法實(shí)現了以三個(gè)不同原型為目標的抽取過(guò)程。圖3對全波仿真結果和電路仿真結果進(jìn)行了比較。

　　圖3：基于A(yíng)SSR的雙頻帶帶通濾波器的等效電路模型。

　　在感興趣的特定頻率范圍內，全波電磁仿真結果與電路級仿真結果在全部三種情況下都非常接近。兩種仿真器都非常清晰地展示了基于A(yíng)SSR設計的雙頻帶 現象，有助于驗證電路模型和推薦的雙頻帶帶通濾波器設計方法。增加L1值會(huì )使兩個(gè)通帶的頻率向下移動(dòng)，并在很大程度上影響到所有元件(案例1和2)。另一 方面，增加W5只會(huì )降低第二個(gè)通帶的中心頻率，并且對L2有很大影響。顯然，給出的比較結果再次驗證了從電路模型得出的指導方針?？傊?，只需L1和W5兩 個(gè)幾何參數(圖1)，就足以高效地控制這種濾波器設計的雙頻帶操作過(guò)程。

　　根據上述分析可以知道，緊湊型雙頻帶帶通濾波器可以 使用ASSR結合微帶傳輸線(xiàn)進(jìn)行設計。優(yōu)化過(guò)程只需調整兩個(gè)主要的幾何參數：L1和W5，因此在這些濾波器的調整和優(yōu)化方面具有很大的靈活性。為了用實(shí)際 硬件演示軟件分析的有效性，對表1中的案例1描述的原型進(jìn)行了制造和測量。方便起見(jiàn)把它叫做原型A。另外，稱(chēng)為原型B的第二個(gè)雙頻帶帶通濾波器也進(jìn)行了制 造和表征，以進(jìn)一步驗證這種設計方法。第二個(gè)濾波器設計工作通帶處于從1710MHz至1880MHz的DCS1800頻段以及從2400MHz至2483MHz的工業(yè)-科學(xué)-醫療(ISM)頻段內。

　　圖4：圖中比較了三種原型雙頻帶帶通濾波器案例下的全波和電路仿真結果，其中“fw”代表全波仿真，“cm”指電路模型仿真。

　　兩種濾波器的調諧過(guò)程都非常高效，并且兩種原型都達到了目標通帶與性能水平。圖5顯示了兩種原型濾波器的照片，其中以毫米刻度的直尺作為濾波器大小的參考。兩種原型濾波器分別用安立(Anritsu)公司的ME7808A微波矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀進(jìn)行了表征，這款分析儀的模塊工作頻率可達110GHz。對原型濾波器的仿真和測量結果分別見(jiàn)圖6和圖7。

　　圖5：該照片顯示了所制造的原型濾波器A和B。

　　如圖6和圖7所示，在感興趣的特定頻段內，仿真和測量結果具有很好的一致性。結果中微小的差別源自制造誤差和/或電路元件達到要求值時(shí)的容差。與較 低通帶相比，較高通帶的帶寬相對較窄，并且具有小得多的分數帶寬。對原型A來(lái)說(shuō)，頻帶比約為1.58，雙通帶的3dB分數頻率帶寬約為3%和0.5%。雙 通帶間的頻帶抑制值約為36dB。對原型B來(lái)說(shuō)，測量結果表明雙通帶的中心頻率約為1.81GHz和2.44GHz，頻帶比約為1.34。對應的3dB分數頻率帶寬為12.7%和0.8%。原型B的雙通帶間頻帶抑制值約為17dB，這是兩個(gè)通帶之間的一個(gè)可接受的隔離值。這些結果顯示了這種創(chuàng )新設計方法以緊湊尺寸創(chuàng )建雙頻帶帶通濾波器的高效性，而且只需調整兩個(gè)主要的幾何參數就能完成調整。

　　圖6：圖中顯示了濾波器原型A的仿真結果和測量結果。在本例中，L1=11.5mm，W5=0.3mm。

　　總之，ASSR和標準微帶電路的這種使用方法允許制造出相當緊湊的、工作在微波頻率的雙頻帶帶通濾波器，并且具有良好的通帶響應性能，通帶間也具有足夠的隔 離度。為這些濾波器開(kāi)發(fā)的等效電路模型非常精確，仿真結果與所制造的原型濾波器的測量結果也非常接近。計算機仿真性能和對所制造濾波器的測量性能之間的任 何偏差，都歸因于工藝變化以及達到計算機仿真中采用的高精度電路單元值的難度。盡管如此，隨著(zhù)許多相互靠得很近的頻段必須共存的無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中應用數量的 不斷增加，這種創(chuàng )新設計方法在創(chuàng )建要求雙通帶的微型化分立與集成電路(IC)濾波器方面表現出了極好的前景。