雙頻帶帶通濾波器設(shè)計(jì)方法

　　本文推薦的雙頻帶帶通濾波器可以通過級(jí)聯(lián)兩個(gè)ASSR和長(zhǎng)度用W5表示的微帶線來合成(圖1)。為清楚地表明這些ASSR的特定工作原理，圖3提供了相應(yīng)的 等效電路模型。相連的微帶線用電感L2表示，ASSR用電容C1和電感L1及互感Lm表示。從模型可以看出，一個(gè)通帶主要由ASSR決定，另一個(gè)通帶取決 于電感L2和ASSR等效阻抗網(wǎng)絡(luò)的組合作用。

　　從這個(gè)電路模型可以很明顯看出，雙通帶中有一個(gè)通帶主要取決于ASSR的固有 通帶，另一個(gè)通帶則由相連的微帶線和ASSR等效阻抗網(wǎng)絡(luò)的組合產(chǎn)生。顯然，通帶2可以通過L2獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整。另外，ASSR的幾何參數(shù)可以同時(shí)影響兩個(gè) 通帶。為示范這種模型的有效性，我們使用曲線擬合方法實(shí)現(xiàn)了以三個(gè)不同原型為目標(biāo)的抽取過程。圖3對(duì)全波仿真結(jié)果和電路仿真結(jié)果進(jìn)行了比較。

　　圖3：基于ASSR的雙頻帶帶通濾波器的等效電路模型。

　　在感興趣的特定頻率范圍內(nèi)，全波電磁仿真結(jié)果與電路級(jí)仿真結(jié)果在全部三種情況下都非常接近。兩種仿真器都非常清晰地展示了基于ASSR設(shè)計(jì)的雙頻帶 現(xiàn)象，有助于驗(yàn)證電路模型和推薦的雙頻帶帶通濾波器設(shè)計(jì)方法。增加L1值會(huì)使兩個(gè)通帶的頻率向下移動(dòng)，并在很大程度上影響到所有元件(案例1和2)。另一 方面，增加W5只會(huì)降低第二個(gè)通帶的中心頻率，并且對(duì)L2有很大影響。顯然，給出的比較結(jié)果再次驗(yàn)證了從電路模型得出的指導(dǎo)方針?？傊?，只需L1和W5兩 個(gè)幾何參數(shù)(圖1)，就足以高效地控制這種濾波器設(shè)計(jì)的雙頻帶操作過程。

　　根據(jù)上述分析可以知道，緊湊型雙頻帶帶通濾波器可以 使用ASSR結(jié)合微帶傳輸線進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)化過程只需調(diào)整兩個(gè)主要的幾何參數(shù)：L1和W5，因此在這些濾波器的調(diào)整和優(yōu)化方面具有很大的靈活性。為了用實(shí)際 硬件演示軟件分析的有效性，對(duì)表1中的案例1描述的原型進(jìn)行了制造和測(cè)量。方便起見把它叫做原型A。另外，稱為原型B的第二個(gè)雙頻帶帶通濾波器也進(jìn)行了制 造和表征，以進(jìn)一步驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)方法。第二個(gè)濾波器設(shè)計(jì)工作通帶處于從1710MHz至1880MHz的DCS1800頻段以及從2400MHz至2483MHz的工業(yè)-科學(xué)-醫(yī)療(ISM)頻段內(nèi)。

　　圖4：圖中比較了三種原型雙頻帶帶通濾波器案例下的全波和電路仿真結(jié)果，其中“fw”代表全波仿真，“cm”指電路模型仿真。

　　兩種濾波器的調(diào)諧過程都非常高效，并且兩種原型都達(dá)到了目標(biāo)通帶與性能水平。圖5顯示了兩種原型濾波器的照片，其中以毫米刻度的直尺作為濾波器大小的參考。兩種原型濾波器分別用安立(Anritsu)公司的ME7808A微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行了表征，這款分析儀的模塊工作頻率可達(dá)110GHz。對(duì)原型濾波器的仿真和測(cè)量結(jié)果分別見圖6和圖7。

　　圖5：該照片顯示了所制造的原型濾波器A和B。

　　如圖6和圖7所示，在感興趣的特定頻段內(nèi)，仿真和測(cè)量結(jié)果具有很好的一致性。結(jié)果中微小的差別源自制造誤差和/或電路元件達(dá)到要求值時(shí)的容差。與較 低通帶相比，較高通帶的帶寬相對(duì)較窄，并且具有小得多的分?jǐn)?shù)帶寬。對(duì)原型A來說，頻帶比約為1.58，雙通帶的3dB分?jǐn)?shù)頻率帶寬約為3%和0.5%。雙 通帶間的頻帶抑制值約為36dB。對(duì)原型B來說，測(cè)量結(jié)果表明雙通帶的中心頻率約為1.81GHz和2.44GHz，頻帶比約為1.34。對(duì)應(yīng)的3dB分?jǐn)?shù)頻率帶寬為12.7%和0.8%。原型B的雙通帶間頻帶抑制值約為17dB，這是兩個(gè)通帶之間的一個(gè)可接受的隔離值。這些結(jié)果顯示了這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法以緊湊尺寸創(chuàng)建雙頻帶帶通濾波器的高效性，而且只需調(diào)整兩個(gè)主要的幾何參數(shù)就能完成調(diào)整。

　　圖6：圖中顯示了濾波器原型A的仿真結(jié)果和測(cè)量結(jié)果。在本例中，L1=11.5mm，W5=0.3mm。

　　總之，ASSR和標(biāo)準(zhǔn)微帶電路的這種使用方法允許制造出相當(dāng)緊湊的、工作在微波頻率的雙頻帶帶通濾波器，并且具有良好的通帶響應(yīng)性能，通帶間也具有足夠的隔 離度。為這些濾波器開發(fā)的等效電路模型非常精確，仿真結(jié)果與所制造的原型濾波器的測(cè)量結(jié)果也非常接近。計(jì)算機(jī)仿真性能和對(duì)所制造濾波器的測(cè)量性能之間的任 何偏差，都?xì)w因于工藝變化以及達(dá)到計(jì)算機(jī)仿真中采用的高精度電路單元值的難度。盡管如此，隨著許多相互靠得很近的頻段必須共存的無線通信領(lǐng)域中應(yīng)用數(shù)量的 不斷增加，這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法在創(chuàng)建要求雙通帶的微型化分立與集成電路(IC)濾波器方面表現(xiàn)出了極好的前景。