高山山，徐嘉莉

(成都大學電子信息工程學院，四川 成都 610106)

小型化微帶雙模帶通濾波器研究

高山山，徐嘉莉

(成都大學電子信息工程學院，四川 成都 610106)

提出了一種非對稱開槽貼片結構的雙模諧振器，并在此基礎上研究設計出了一種結構緊湊的微帶雙模帶通濾波器，這種具有非對稱開槽貼片的雙模諧振器不僅具有雙模諧振的特性，還能夠有效減小電路的尺寸，便于實現(xiàn)雙模帶通濾波器的小型化.利用ADS仿真軟件對設計出的雙模帶通濾波器進行仿真表明，該濾波器具有良好的通帶特性，且整體尺寸為0.2 λg×0.2 λg，有效實現(xiàn)了雙模帶通濾波器的小型化.

雙模;濾波器;帶通;小型化

0 引言

微波濾波器起著選擇信號的重要作用，它是現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的重要元器件之一.隨著無線通信技術的迅猛發(fā)展，對微波濾波器也提出了更高的要求，高性能、小型化、低成本已成為微波濾波器未來的發(fā)展趨勢.雙模諧振器在微波濾波器的設計中具有較為廣泛的應用，每個雙模諧振器都可以看成是一個雙頻調諧電路，對于n階的濾波器而言，若采用雙模諧振器來實現(xiàn)，諧振器的數(shù)量將比單模減少一半，可有效地減小電路的尺寸［1-3］.1972 年，Wolff［4］提出了最早的平面雙模諧振器.1995年，Hong等［5-6］提出了基于方形環(huán)諧振器的雙模帶通濾波器，又提出了基于蜿蜒環(huán)諧振器的雙模帶通濾波器.1999年，Zhu等［7］提出了基于開槽貼片的雙模帶通濾波器.其后，科研人員推出了微擾的雙模諧振器及中間支節(jié)加載的開路環(huán)雙模諧振器［8-9］.但上述濾波器在小型化方面還存在一定的問題，如何更加有效地減小濾波器的尺寸已成為微波濾波器研究的重點和難點之一.針對這一問題，本研究設計了一種基于非對稱開槽貼片的雙模帶通濾波器，可有效減小濾波器的尺寸.

1 雙模帶通濾波器研究

1.1 雙模諧振器結構

傳統(tǒng)的貼片雙模諧振器結構如圖1所示.

圖1 傳統(tǒng)貼片雙模諧振器

該貼片為帶有切角的正方形貼片結構，其中，l的長度約為半個波長，即 l≈0.5 λg，通過調節(jié)切角的尺寸，即s，可控制2個簡并模的位置.利用該結構設計出的雙模帶通濾波器尺寸較大，不利于系統(tǒng)的小型化.

本研究在傳統(tǒng)貼片雙模諧振器的基礎上進行了一些改進，提出了一種非對稱開槽貼片結構的雙模諧振器，其結構如圖2所示.

圖2 改進的雙模諧振器

與傳統(tǒng)的貼片雙模諧振器相比，改進型的貼片雙模諧振器上開有螺旋形的槽.這種非對稱開槽貼片結構的雙模諧振器無需采用傳統(tǒng)切角的方式就可實現(xiàn)雙模諧振的特性，通過調節(jié)槽線s1、s2的長度，可以控制2個模的位置.此外，該諧振器可以大大減小雙模帶通濾波器的尺寸.

1.2 雙模帶通濾波器結構

本研究提出的小型化的微帶雙模帶通濾波器，其結構如圖3所示.該雙模帶通濾波器采用微帶線結構，上層電路為雙模諧振器，下層電路采用共面波導的饋電方式.

圖3 基于非對稱開槽貼片諧振器的雙模帶通濾波器示意圖

2 仿真結果分析

為了與傳統(tǒng)的貼片型雙模帶通濾波器進行尺寸比較，本研究采用ADS仿真軟件對傳統(tǒng)的貼片型雙模帶通濾波器及基于非對稱開槽貼片諧振器的雙模帶通濾波器均進行了仿真計算.仿真計算中，介質的介電常數(shù)為 3.66，厚度為0.508 mm.

對傳統(tǒng)貼片雙模帶通濾波器計算時，其具體尺寸如下:l=14 mm，s=3 mm.其頻率響應特性曲線如圖4所示.

圖4 傳統(tǒng)貼片開槽雙模帶通濾波器仿真結果

從圖4可以看出，該濾波器的中心頻率在5.6 GHz，通帶內回波系數(shù)在-15 dB以下，具有良好的通帶特性，該濾波器整體尺寸為 0.5 λg×0.5 λg.

對基于非對稱開槽貼片諧振器的雙模帶通濾波器進行仿真計算時，具體尺寸如下:l=14 mm，s1=2.9 mm，s2=3 mm，s3=1.5 mm，s4=4.2 mm，s5=5.9 mm，s6=5 mm，s7=1.8 mm，s8=2.6 mm.其頻率響應特性曲線如圖5所示.

圖5 基于非對稱開槽的雙模帶通濾波器仿真結果

從圖5可以看出，在保持正方形貼片諧振器的尺寸l均為14 mm的情況下，本濾波器的中心頻率發(fā)生了變化，由原來的5.6 GHz降到了2.18 GHz，通帶內回波系數(shù)在-10 dB以下，具有良好的通帶特性，濾波器整體尺寸為 0.2 λg×0.2 λg.相比于傳統(tǒng)的貼片雙模帶通濾波器而言，本濾波器整體尺寸減小了約60%.

3 結論

本研究采用非對稱開槽貼片諧振器研究設計了一種結構緊湊的雙模帶通濾波器.仿真結果表明，該濾波器不僅具有良好的通帶特性，還具有較小的尺寸.與傳統(tǒng)貼片雙模帶通濾波器相比，本研究設計的濾波器整體尺寸能減小約60%.

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Research on Compact Microstrip Dual-mode Bandpass Filter

GAO Shanshan，XU Jiali
(School of Electronic and Information Engineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

In this paper，a novel asymmetric slotted patch resonator is presented，which can be used to design a compact microstrip dual-mode bandpass filter.The proposed asymmetric slotted patch resonator can not only maintain the dual-mode resonant property，and also decrease the size of the circuit，which is good for realizing the compact size of dual-mode bandpass filter.The simulation is achieved by ADS.The simulated results show that the filter has good in-band performances，and the total size of the proposed filter is 0.2 λg×0.2 λg.The proposed filter has the compact size.

dual-mode;filter;bandpass;compact

TN713+.5

A

1004-5422(2015)01-0067-03

2015-01-09.

成都大學?？萍及l(fā)展基金(2013XJZ04)、四川省教育廳自然科學基金(12ZB171)資助項目.

高山山(1982—)，女，博士，講師，從事微波元器件理論與設計研究.