韋柳泰

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽合肥 230009)

一種雙通帶微帶濾波器的設(shè)計(jì)

韋柳泰

(合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，安徽合肥 230009)

設(shè)計(jì)了由兩個(gè)H－諧振器以邊緣耦合方式組成的雙通帶濾波器。在兩條平行微帶線之間橋接一條微帶線，構(gòu)成一個(gè)雙頻諧振器。隨著饋電位置與中間微帶線間距的增大，雙頻諧振器的兩個(gè)外部品質(zhì)因數(shù)呈相反的趨勢(shì)變化。隨著兩個(gè)諧振器間距的增大，雙頻諧振器間對(duì)應(yīng)的兩個(gè)耦合系數(shù)逐漸減小。由此特性，將兩個(gè)諧振器組合可構(gòu)成雙通帶濾波器。

H－諧振器;外部品質(zhì)因數(shù);耦合系數(shù);雙通帶

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，將移動(dòng)通信與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相結(jié)合已成趨勢(shì)。因此微波雙通帶濾波器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為無(wú)線通信等系統(tǒng)的重要器件。微帶雙通帶濾波器以其體積小、便于集成在電路板上，得到廣泛研究。目前，微帶雙通帶濾波器的研究主要以階梯阻抗微帶線構(gòu)成雙頻諧振器，通過(guò)組合得到雙通帶濾波器［1－4］以及將兩個(gè)單通帶濾波器組合到一起，構(gòu)成雙通帶濾波器［5－7］。文中將討論由均勻微帶線構(gòu)成H型諧振器，可以實(shí)現(xiàn)雙頻諧振。在開(kāi)口附近調(diào)節(jié)中間微帶線的位置，可方便調(diào)節(jié)第一諧振頻率，而第二諧振頻率幾乎不變。采用電磁耦合方式將兩個(gè)諧振器組合可構(gòu)成雙通帶微波濾波器。

1 理論分析

H型諧振器為均勻微帶線結(jié)構(gòu)，如圖1所示。中間微帶線置于開(kāi)口附近實(shí)現(xiàn)雙頻諧振，其中微帶線長(zhǎng)度分別為各諧振頻率的1/2波長(zhǎng)。

圖1 諧振器幾何結(jié)構(gòu)

其中，右U型微帶結(jié)構(gòu)為低頻諧振器即第一諧振器，實(shí)現(xiàn)第一諧振頻率，上下兩條直微帶線為高頻諧振器即第二諧振器，實(shí)現(xiàn)第二諧振頻率。在開(kāi)口附近，調(diào)節(jié)中間微帶線向內(nèi)移動(dòng)，則第一諧振頻率逐漸增大，而第二諧振頻率變化較小，兩個(gè)諧振頻率逐漸靠近，如圖2所示。

濾波器的饋電方式采用抽頭饋電［8］。中間微帶線位置固定時(shí)，饋電位置相對(duì)其向上移動(dòng)，則雙頻諧振器對(duì)應(yīng)的兩個(gè)外部品質(zhì)因數(shù)呈相反趨勢(shì)變化，如圖3所示。

諧振器間采用電磁混合耦合，可增強(qiáng)諧振器間的耦合強(qiáng)度。兩諧振器的間距在一定界限范圍內(nèi)時(shí)，高頻諧振器的耦合強(qiáng)度小于低頻諧振器，超過(guò)此界限時(shí)，其耦合強(qiáng)度大于低頻諧振器。諧振器間的耦合系數(shù)隨間距的變化趨勢(shì)如圖4所示。

圖4 耦合系數(shù)隨諧振器間距的變化

2 雙通帶濾波器設(shè)計(jì)及仿真

綜合上述諧振器單元結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)諧振器以開(kāi)口方向相反的形式組合，通過(guò)電磁邊緣耦合，構(gòu)成雙通帶濾波器，如圖5所示。

圖5 雙通帶濾波器

濾波器的帶寬由外部品質(zhì)因數(shù)及諧振器間的耦合系數(shù)決定［2］。從圖3外部品質(zhì)因數(shù)隨饋電點(diǎn)位置變化的曲線及圖4耦合系數(shù)隨諧振器間距離變化的曲線可知，在兩條外部品質(zhì)因數(shù)交叉點(diǎn)附近調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振器的間距可得到適當(dāng)?shù)碾姶篷詈?，?shí)現(xiàn)雙通帶濾波器。使用Rogers RT6006材料作為基板，其相對(duì)介電常數(shù)為6.15，厚度為1.27 mm，微帶饋線的線寬為1.8 mm，以便得到特征阻抗為50 Ω。濾波器其他尺寸為:W=1.0 mm，L0=2 mm，L2=21 mm，L1=13.2 mm，L3=6.0 mm，S=0.87mm。由式(1)，式(2)得諧振頻率約為1 924 MHz，3 440 MHz。使用Sonnet進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖6所示。

圖6 雙通帶濾波器的仿真結(jié)果

得到的中心頻率分別為1 994 MHz，3 272 MHz，中心帶寬插損最小值分別為0.39 dB，0.35 dB。在雙通帶之間引入一個(gè)傳輸零點(diǎn)，增強(qiáng)兩個(gè)通帶的隔離度。在兩個(gè)通帶外分別有一個(gè)傳輸零點(diǎn)，增強(qiáng)帶外抑制能力。因?yàn)橹C振器兩臂之間的距離近，相互之間存在較大的電磁干擾，使得諧振器的兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)與理論計(jì)算值產(chǎn)生偏移。

3 結(jié)束語(yǔ)

文中分析了H型諧振器，將兩個(gè)諧振器組合構(gòu)成雙通帶濾波器。通過(guò)調(diào)節(jié)中間微帶線的位置，可方便地調(diào)節(jié)濾波器的第一通帶中心頻率，而幾乎不改變第二通帶中心頻率。此雙通帶濾波器在設(shè)計(jì)和制作上簡(jiǎn)便易行。

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Design of a Dual-Band Dassband Microstrip Filter

WEI Liutai
(School of Electronic Science and Applied Physics，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)

In this paper，a dual-band passband filter with two H-resonators by fringe coupling is presented.The dual-band resonator consists of two parallel microstrip lines that are connected by a microstrip line and can show dual-frequency resonance.The two external quality factors change oppositely when the distance between the feed point and the center microstrip line becomes larger.As the distance between the two resonators becomes larger，the coupling coefficients of the dual-band resonator reduce simultaneously.Thus，a dual-band passband filter can be obtained by combining the two H-resonators.

H-resonator;external quality factor;coupled coefficient;dual-band

TN713

A

1007－7820(2012)06－098－03

2011-12-31

韋柳泰(1984—)，男，碩士研究生。研究方向:微帶濾波器。