基于枝節(jié)加載的超寬帶濾波器的設計

本文提出了一種具有新型枝節(jié)加載諧振結(jié)構的超寬帶濾波器的 設計方案，該方案中所設計的濾波器具有良好的超寬帶特性，其3dB帶寬為2.65GHz-10.95GHz,并且通帶內(nèi)3.18GHz-10.46GHz 的范圍內(nèi)S11>20dB.通過仿真的結(jié)果可以表明，本方案中所采用的枝節(jié)加載形式，可以實現(xiàn)濾波器良好的的選擇性以及阻帶特性。

1.引言

自2002年美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)批準把3.1GHz到10.6GHz之間的頻段分配給超寬帶通信系統(tǒng)使用以來，小型化，高性能已經(jīng)成為了超寬帶無線通信系統(tǒng)的必然趨勢。

本文提出了一種具有新的枝節(jié)加載諧振器結(jié)構超寬帶濾波器的設計方案。該方案的結(jié)構為使用圓形開路階躍短截線為中心枝節(jié)，通過圓形諧振器控制奇偶模式的分布;達到短路和開路枝節(jié)控制帶外抑制。該方案中所設計的濾波器具有小尺寸，良好選擇性等優(yōu)點， 通過仿真的結(jié)果證實了該方案的可行性。

2.超寬帶濾波器的總體結(jié)構

由于之前的文章中有涉及到首次使用圓形開路階躍短截線單元進行超寬帶濾波器的設計方案。在文章中可以知道這種單元具有低通特性，并且其截止頻率會隨著半徑R的增大而減小，邊緣響應也隨之變得都陡峭。這樣，我們可以使用加載其他枝節(jié)引入傳輸零點的方法得到好的阻帶特性。

如下圖所示，圖1為所設計超寬帶濾波器的整體結(jié)構圖。

整體電路左右對稱，使用介電常數(shù)為10.2,厚度為1.27mm的Roger RT/duroid6010介質(zhì)基板，端口阻抗為50Ohm.考慮的制作工藝的難易度和可行性，所有微帶間縫隙寬度不小于0.1mm,且金屬化過孔的半徑不小于0.1mm.

超寬帶濾波器整體結(jié)構(r1=0.5,w1=1.3,w2=0.2,w3=0.1,w4=.01,w5=0.2,w6=0.3,r2=0.1,s=0.1,單位：mm)

圖2則為圓形階躍短截線兩邊開路及短路枝節(jié)的等效電路。兩種枝節(jié)的輸入阻抗可以表示為：

這里和θ 為枝節(jié)的特性阻抗以及電長度。當θ 分別等于0o,90o,180o的時候， 分別等于0, ∞ ,0, 分別等于∞ ,0, ∞ .

由此可以得到，當超寬帶濾波器的中心頻率的的時候，由短路枝節(jié)可以得到兩個傳輸零點，并且能提高濾波器的選擇性。而又由于開路枝節(jié)的存在，當開路枝節(jié)的電長度等于帶外頻率抑制點的1/4波長的時候，能夠提高帶外阻帶的性能。在這篇文章里，我們設置帶外抑制頻率點為15GHz.

通過以上的分析，一個新型的枝節(jié)加載超寬帶濾波器就可以得到，電路的初始尺寸也可以由上述分析得到，最后使用HFSS進行仿真和優(yōu)化。

3.仿真結(jié)果與分析

通過HFSS仿真得到的仿真曲線波形圖如下圖3所示。

從圖中可以看出，濾波器測試帶寬為3.18GHz到10.46GHz,且通帶兩端具有較好選擇性，插入損耗小于0.25dB,帶內(nèi)時延平坦，其20dB阻帶抑制范圍可以達到15GHz,從而驗證了設計的有效性。此外該濾波器結(jié)構緊湊，物理尺寸為16.6mm×13mm.

4.結(jié)論

本文提出了一種新型枝節(jié)加載諧振結(jié)構的超寬帶濾波器的 設計方案，該方案中所設計的濾波器具有良好的超寬帶特性，其3dB帶寬為2.65GHz-10.95GHz,并且通帶內(nèi)3.18GHz-10.46GHz 的范圍內(nèi)S11>20dB.經(jīng)過仿真驗證，本方案中所采用的枝節(jié)加載形式，可以實現(xiàn)濾波器良好的的選擇性以及阻帶特性，進而表明了該方案的可行性。