一種新型小型化K波段帶通濾波器的設計

1 引言

微波濾波器是通信系統(tǒng)中抑制諧波和干擾的重要部件，其指標影響整機的性能。通常，k波段的帶通濾波器都采用波導形式，有插損小,Q值高的優(yōu)點,但是外形尺寸大，不容易直接集成在收發(fā)機的盒子中；其次，在設計中也有采用平面形式的帶通濾波器，但報道較少，雖然其體積相對較小，但是其插損較大，矩形度差。常見的微帶帶通濾波器結(jié)構有平行耦合、端耦合、發(fā)夾式、梳狀型和交指型等,這些結(jié)構都是通過耦合線實現(xiàn)的。在以上各種結(jié)構的濾波器電路中,平行耦合結(jié)構由于其縱向長度大約只有端耦合長度的一半,且耦合縫更寬,在綜合設計得到所要求的原型濾波器參量時有比較大的結(jié)構靈活度,適應的頻帶范圍也較寬，但其輸入輸出不在一條直線上。同時為了得到很好的頻率選擇特性必須增加濾波器的級數(shù)，如此以來就增加了插入損耗和濾波器的體積，端耦合尺寸太大，發(fā)夾式、梳狀型和交指型等結(jié)構對工藝要求高，且不適合用在毫米波波段。因此研究高性能小型化的k波段帶通濾波器具有重要的意義。

本文介紹了一種基于多徑傳輸而產(chǎn)生傳輸零點的小型化帶通濾波器。通過在頻率的高端引入一個傳輸零點從而改善了該濾波器的阻帶抑制特性和過渡帶特性。閉合的三角形諧振單元的使用大大的減小了該濾波器的尺寸。

2 濾波器設計

圖1為該濾波器的基本諧振單元，選取閉合的三角形作為基本的諧振單元，通過合理的放置諧振單元的位置可以有效的減小濾波器的體積。由于是閉環(huán)諧振所以每個諧振單元的總長度約為波導波長的整數(shù)倍。

l=nag （1）

其a為波導波長，l為諧振單元的周長。

如圖1所示，我們選擇厚度為0.254mm，介電常數(shù)為2.2的RT/Duroid5880介質(zhì)基片。通過使用三維場仿真軟件HFSS，利用本征模求解，得到l為12.5mm時對應的諧振頻率為20.5GHz，為我們要求設計的頻率。于是我們選取了四個這樣的諧振單元構成了結(jié)構緊湊的濾波電路，每個諧振單元的周長為12.5mm左右，如圖2所示，輸入輸出端口為標準的50歐姆微帶線。

對于此種結(jié)構濾波器，兩個端口之間的信號傳輸有3條路徑：1-2；1-3-2；1-4-2。由于場分量在中心區(qū)域比較集中，因此1-2在中心區(qū)域通過電容間隙耦合為主要傳輸路徑。對圖2所示直接抽頭式結(jié)構的濾波器用HFSS進行仿真我們得到如圖3所示的仿真結(jié)果。采用直接抽頭式時該濾波器矩形度差，其仿真結(jié)果相當于一個3級的平行耦合線帶通濾波器。

圖1 基本諧振單元

圖2 直接抽頭濾波器結(jié)構示意圖