全新CMRC寬帶低通濾波器設(shè)計

濾波器在通信、軍事、測試測量等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其在近幾年的在微波及毫米波電路中有著廣泛的應(yīng)用。在低頻段的應(yīng)用中， 集總參數(shù)濾波器有著良好的表現(xiàn)，但是隨著頻率升高到微波頻段以上，集總參數(shù)元件(電容、電感)的Q值急劇下降，造成濾波器的插入損耗太大，這時就必須用分布參數(shù)元件來代替集總參數(shù)元件，但是分布參數(shù)元件濾波器的尺寸一般較大，因此有必要減小微波毫米波電路濾波器的尺寸。

2000年香港城市大學(xué)薛泉教授提出了一種緊湊的微帶諧振器(CMRC)，此后螺旋緊湊微帶諧振器(SCMRC)以及直線緊湊微帶諧振器(BCMRC)又相繼被提出。然而 SCMRC結(jié)構(gòu)的阻帶范圍較小(5.2GHz-7.6GHz)，BCMRC則由于在阻帶范圍內(nèi)的衰減特性不理想通常需要幾個單元來實現(xiàn)較好的低通特性。針對這些問題，本文提出了一種新型CMRC寬帶低通濾波器， 在0-7GHz低通頻率范圍內(nèi)其最大插入損耗為0.3dB,低于-10dB的阻帶頻率范圍為8.5GHz-22.1GHz, 低于-20dB阻帶頻率范圍為9GHz-20.8GHz,可見該濾波器在通帶內(nèi)具有很低的插入損耗，并且在阻帶內(nèi)具有良好的衰減特性。

結(jié)構(gòu)與等效電路

本文提出的新型CMRC平面結(jié)構(gòu)如圖1所示，其LC等效電路模型如圖2所示。介質(zhì)基板采用Taconic CER_10，其介電常數(shù)er=9.5,厚度0.64mm。

圖1、CMRC的平面結(jié)構(gòu)

圖2、LC等效電路模型

濾波器特性仿真分析

1、主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對傳輸特性的影響

我 們對圖1所示CMRC結(jié)構(gòu)應(yīng)用HFSS進(jìn)行建模以及仿真，并分析了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對濾波器傳輸特性的影響。在仿真中我們發(fā)現(xiàn)x1、y1以及y2對濾波器傳輸 特性的影響較大，其影響特性曲線如圖3至圖5所示，由圖3和圖4可知減小x1和y1可以降低諧振頻率，從而相應(yīng)的可以減小低通頻率范圍，這是因為在等效電 路模型中，減小x1或y1都可以提高單位長度的分布串聯(lián)電感(L0和L1)。而諧振頻率，可知L0和L1的增大會相應(yīng)的降低諧振頻率。

圖5所示為y2大小對傳輸系數(shù)的影響，y2的數(shù)值越接近y3，諧振頻率越低。這是因為增大y2可以提高該微帶部分的單位長度分布電容，另外縫隙的減小同時增大了邊沿耦合電容，從而導(dǎo)致其等效電容C1的增加，進(jìn)而降低其諧振頻率，減小低通頻率范圍。

圖3、傳輸系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)x1變化特性

圖4、傳輸系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)y1變化特性

圖5、傳輸系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)y2變化特性

2、優(yōu)化結(jié)果及其主要參數(shù)

經(jīng) 上述分析，對該CMRC寬帶低通濾波器進(jìn)行優(yōu)化，得到了良好的輸出S參數(shù)特性曲線如圖6所示，在0到7GHz低通頻率范圍內(nèi)的最大插入損耗為0.3dB, 低于-10dB的阻帶頻率范圍為8.5GHz-22.1GHz, 低于-20dB的阻帶頻率范圍為9GHz-20.8GHz，可見該寬帶低通濾波器具有良好的低通及阻帶衰減特性。此時主要微帶分布參數(shù)由表1給出。

表1、主要微帶結(jié)構(gòu)參數(shù)

該濾波器在寬通帶范圍內(nèi)插入損耗很低，并且在寬阻帶范圍內(nèi)具有很好的衰減特性，可用于高中頻混頻器的中頻濾波器，并可以有效的抑制本振及其諧波成分。另外該寬帶低通濾波器尺寸很小，具有容易集成的優(yōu)點。