一種新型帶阻濾波器特性研究

1 引言

微波帶阻濾波器廣泛地應(yīng)用于抑制高功率發(fā)射機的帶外寄生頻段。它們在無線電通信傳播系統(tǒng)中用于防止其他用戶的干擾，因此變得十分重要。隨著空間通信的發(fā)展，對先進帶阻濾波器的要求也相應(yīng)地增加。在參考文獻(xiàn)中，提出了阻帶濾波器的形式雖然可以在阻帶產(chǎn)生較高的衰減但其阻帶外特性不好限制了其應(yīng)用。中運用開半波長開路線實現(xiàn)帶阻效果，但其帶外高端響應(yīng)不好。為了使阻帶濾波器在阻帶衰減達(dá)到要求的同時帶外響應(yīng)也得到改善，本文在中所提出的帶阻濾波器的基礎(chǔ)上進行了改進，提出一種新的結(jié)構(gòu)，由該結(jié)構(gòu)組成的帶阻濾波器其阻帶得以展寬，并且在阻帶外產(chǎn)生傳輸極點，大幅度改善帶外特性，本文分為四節(jié)：第一節(jié)為引言，第二節(jié)將的阻帶濾波器和本文所提出的阻帶濾波器形式進行性能對比，第三節(jié)主要是介紹如何將本文所提出的帶阻濾波器運用到寬帶濾波器上形成性能優(yōu)越的2.6/5.2GHz（WLANs）雙通帶濾波器。第四節(jié)對本文進行總結(jié)并提出進一步改進建議。

2 阻帶濾波器特性分析

帶阻濾波器的形式如圖1所示，其中L等于阻帶中心頻率處的（為波導(dǎo)波長），寬度由特征阻抗決定，（一般為50W）S的大小可以任意。經(jīng)研究我們發(fā)現(xiàn)隨著S的減小其阻帶衰減變差且?guī)馓匦圆缓?，如果將該種濾波器運用到通訊系統(tǒng)中去勢必會對其他通帶產(chǎn)生非常大的影響。我們進一步研究中所提的帶阻濾波器的50W半波長開路線單元如圖2中（a）所示，將其運用在50W傳輸線旁通過調(diào)節(jié)其與傳輸線之間的距離產(chǎn)生不同的耦合來產(chǎn)生阻帶效應(yīng)如圖2（c），其原理電路由圖3給出，其中開半波長路環(huán)相當(dāng)于原理電路中的并聯(lián)支路的串聯(lián)LC電路，第i條支路在處諧振，在該頻點處該支路將產(chǎn)生吸收效果從而形成在該頻點的阻帶效果，但是由于半波長開路線等效成的串聯(lián)LC的值于頻率有很大關(guān)系所以其在產(chǎn)生阻帶效果的同時會對帶外產(chǎn)生影響，為了解決這一問題，我們在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進，在原結(jié)構(gòu)中間開口如圖2（B）示，這樣可以加大其內(nèi)部耦合，我們通過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)在改變縫隙寬度時該單元可以在兩個頻點產(chǎn)生阻帶，我們可以利用這一特點讓兩個阻帶中心頻率靠近從而形成帶寬較寬的帶阻濾波器，我們同時注意到兩阻帶中心頻率的差和開口大小存在如圖5所示的關(guān)系，可以很明顯的地看出隨著開口大小的變化其阻帶衰減也會發(fā)生相應(yīng)變化，并且兩阻帶間的通帶響應(yīng)不是十分理想，并且該新型結(jié)構(gòu)可以在靠近阻帶處產(chǎn)生較大的傳輸極點，這樣就大大改善了阻帶外特性，我們綜合考慮上述各因素，運用該新型結(jié)構(gòu)（圖2（B））設(shè)計阻帶中心頻率在4.55GHZ處的帶阻濾波器，

其結(jié)構(gòu)如圖2（D），其具體尺寸在表1中給出。本文中所有的微帶濾波器均是在基板厚度為1mm相對介電常數(shù)的介質(zhì)板上進的。為了更好的對比，我們運用圖2中（A）單元設(shè)計一個阻帶中心頻率在4.5GHZ處的帶阻濾波器，如圖4所示，其具體尺寸由表1中給出。圖6給出了用電磁仿真軟件Sonnet按上述物理尺寸對兩個濾波器進行仿真得到頻率響應(yīng)對比圖，從圖中我們可以明顯的看出運用了新型結(jié)構(gòu)的帶阻濾波器與原結(jié)構(gòu)相比有以下三方面的有點：

圖1 開口線阻帶濾波器

1．在阻帶產(chǎn)生了更大的衰減，它比原有結(jié)構(gòu)增大了10dB。

2．在阻帶外高端靠近阻帶邊緣產(chǎn)生了一個傳輸極點（－55dB），大大改善了帶外響應(yīng)。

3．阻帶帶寬得到一定的展寬。

表1 阻帶中心頻率在4.55GHZ的半波長帶
阻濾波器單元的具體尺寸（mm）

圖2 含有一個單元的阻帶濾波器（a）原始結(jié)構(gòu)（b）新型結(jié)構(gòu)
（c）含有一個原始單元的帶阻濾波器（d）含有一個新型單元的帶阻濾波器

圖3 阻帶濾波器原始電路

通過這一對比我們可以清晰的看出，本文提出的新型阻帶濾波器單元克服了原有單元所具有的幾個缺點，運用它設(shè)計帶阻濾波器可以大大改善濾波器性能。

3 新型阻帶濾波器單元應(yīng)用

為了更好的驗證我們所提出的帶阻濾波器的性能，我們將在本節(jié)中將該結(jié)構(gòu)運用到一個寬帶濾波器中，從而使其變成一個雙通帶濾波器。我們首先設(shè)計一個寬帶濾波器所提到的方法設(shè)計一個截止頻率為0.75/6.2GHZ的兩級寬帶濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，其具體設(shè)計過成不是本文的重點所以在此不做過多介紹，經(jīng)綜合后其物理尺寸如表2所示。

圖9（a）給出了用電磁仿真軟件Sonnet按上述物理尺寸仿真得到的頻率響應(yīng)圖，從圖中我們可以看出該濾波器在其通帶內(nèi)的插入損耗較小，其回波損耗也基本在－20dB左右，為了使該濾波器應(yīng)用WLANs的領(lǐng)域，并驗證我們提出的帶阻濾波器單元的性能，我們將圖2（B）中的新型阻帶單元運用到這一寬帶濾波器中使其在4.55GHZ處產(chǎn)生一個零。

(a)

(b)

圖4 4.5GHZ半波長開路線帶阻濾波器

表2 雙通帶濾波器的具體尺寸（mm）

圖5 頻率間隔隨m的變化曲線

(a)

(b)

圖6 4.5GHZ半波長開路線帶阻濾波器仿真頻
響曲線(a)原結(jié)構(gòu)（b）新結(jié)構(gòu)

圖7 截止頻率為0.75GHZ的高通濾波器

圖8 新型阻帶單元的雙通帶

傳輸零點從而形成雙通帶濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖8示，具體物理尺寸在表2中具體給出，該形式中的阻帶濾波器單元的尺寸參見表1，其他尺寸見表2。圖9(b)給出了用電磁仿真軟件Sonnet按上述物理尺寸仿真得到的頻率響應(yīng)圖，從圖中我們可以清晰的看出，在加了帶阻濾波器單元后原有的寬通帶濾波器變?yōu)殡p通帶通濾波器，在要求的2.6GHZ和5.2GHZ的通帶處其插入損耗在0.02dB以下，其回波損耗均在－20dB滿足要求，這說明我們的阻帶濾波器單元的性能優(yōu)越可以運用到實際通訊領(lǐng)域中。

4 結(jié)束語

本文所提出的帶阻濾波器單元大大改善了帶阻濾波器的阻帶衰減，擴展了帶寬，具有良好的帶外響應(yīng)。由于時間有限沒有對該結(jié)構(gòu)的進行深層研究，我們在下階段將對該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高阻帶衰減以及為何能將帶寬展寬進行更深入的研究。

（a）

(b)

圖9 (a)截止頻率為0.75GHz的寬帶濾波器真頻響曲線(b)2.4/5.6GHZ雙通帶濾波器仿真頻響曲線