一種新型小型化K波段帶通濾波器的設(shè)計(jì)

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(biāo)影響整機(jī)的性能。通常，k波段的帶通濾波器都采用波導(dǎo)形式，有插損小,Q值高的優(yōu)點(diǎn),但是外形尺寸大，不容易直接集成在收發(fā)機(jī)的盒子中；其次，在設(shè)計(jì)中也有采用平面形式的帶通濾波器，但報(bào)道較少，雖然其體積相對(duì)較小，但是其插損較大，矩形度差。常見(jiàn)的微帶帶通濾波器結(jié)構(gòu)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(gòu)都是通過(guò)耦合線實(shí)現(xiàn)的。在以上各種結(jié)構(gòu)的濾波器電路中,平行耦合結(jié)構(gòu)由于其縱向長(zhǎng)度大約只有端耦合長(zhǎng)度的一半,且耦合縫更寬,在綜合設(shè)計(jì)得到所要求的原型濾波器參量時(shí)有比較大的結(jié)構(gòu)靈活度,適應(yīng)的頻帶范圍也較寬，但其輸入輸出不在一條直線上。同時(shí)為了得到很好的頻率選擇特性必須增加濾波器的級(jí)數(shù)，如此以來(lái)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(gòu)對(duì)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(diǎn)的小型化帶通濾波器。通過(guò)在頻率的高端引入一個(gè)傳輸零點(diǎn)從而改善了該濾波器的阻帶抑制特性和過(guò)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(shè)計(jì)

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(guò)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(gè)諧振單元的總長(zhǎng)度約為波導(dǎo)波長(zhǎng)的整數(shù)倍。

l=nag （1）

其a為波導(dǎo)波長(zhǎng)，l為諧振單元的周長(zhǎng)。

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(guò)使用三維場(chǎng)仿真軟件HFSS，利用本征模求解，得到l為12.5mm時(shí)對(duì)應(yīng)的諧振頻率為20.5GHz，為我們要求設(shè)計(jì)的頻率。于是我們選取了四個(gè)這樣的諧振單元構(gòu)成了結(jié)構(gòu)緊湊的濾波電路，每個(gè)諧振單元的周長(zhǎng)為12.5mm左右，如圖2所示，輸入輸出端口為標(biāo)準(zhǔn)的50歐姆微帶線。

對(duì)于此種結(jié)構(gòu)濾波器，兩個(gè)端口之間的信號(hào)傳輸有3條路徑：1-2；1-3-2；1-4-2。由于場(chǎng)分量在中心區(qū)域比較集中，因此1-2在中心區(qū)域通過(guò)電容間隙耦合為主要傳輸路徑。對(duì)圖2所示直接抽頭式結(jié)構(gòu)的濾波器用HFSS進(jìn)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(shí)該濾波器矩形度差，其仿真結(jié)果相當(dāng)于一個(gè)3級(jí)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(gòu)示意圖