高山山, 喬惠民

(成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 成都 610106)

一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器研究

高山山, 喬惠民

(成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 成都 610106)

基于非對稱耦合饋線結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器.通過調(diào)節(jié)非對稱耦合饋線結(jié)構(gòu)的物理尺寸，能夠控制超寬帶通帶內(nèi)阻帶頻率的位置，從而有效減少其他頻段的干擾.利用ADS仿真軟件對研究設(shè)計的超寬帶濾波器進行仿真計算，仿真結(jié)果表明該濾波器不僅具有良好的通帶效果，還具有阻帶位置靈活可調(diào)的優(yōu)良特性.

超寬帶；濾波器；微帶；阻帶

0 引 言

目前，超寬帶技術(shù)以其高速率、高容量、低功耗及安全性強等特點，在雷達、跟蹤、精確定位和成像等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1].濾波器作為超寬帶無線通信系統(tǒng)的核心器件之一，其性能的好壞對超寬帶無線通信系統(tǒng)的整體工作性能有著至關(guān)重要的影響.隨著超寬帶無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是在超寬帶所定義的通頻帶范圍內(nèi)存在其他無線信號干擾的情況下，對超寬帶濾波器提出了更高要求[2-5]，迫切需要通帶內(nèi)具有阻帶特性的超寬帶濾波器，這也成為當(dāng)前超寬帶濾波器研究的熱點和難點之一[6-20].實際上，通帶內(nèi)具有阻帶特性的超寬帶濾波器研究的主要難點是如何靈活控制阻帶頻率的位置，同時，阻帶產(chǎn)生時如何保持上下通帶內(nèi)有良好的通帶特性.針對這一難題，本研究以非對稱耦合饋線及改進型的階躍阻抗諧振器為基礎(chǔ)，設(shè)計出了一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器，通過調(diào)節(jié)非對稱耦合饋線結(jié)構(gòu)的物理尺寸，可以靈活控制阻帶頻率的位置，有效抑制其他無線信號的干擾.仿真實驗表明，該超寬帶濾波器結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的通帶特性.

1 具有單阻帶特性的超寬帶濾波器

傳統(tǒng)的對稱耦合饋線結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示.本研究在其基礎(chǔ)上做了改進，采用了一種非對稱耦合饋線的結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示.

圖1 對稱耦合饋線結(jié)構(gòu)與非對稱耦合饋線結(jié)構(gòu)

從圖1(b)可以看出，該耦合饋線采用了非對稱的形式.

本研究利用非對稱耦合饋線與改進型的階躍阻抗諧振器共同作用，設(shè)計了一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器

若采用傳統(tǒng)的對稱耦合饋線與改進型階躍阻抗諧振器共同作用時，可實現(xiàn)超寬帶的通帶帶寬.利用ADS仿真軟件對該結(jié)構(gòu)進行仿真計算，仿真計算結(jié)果如圖3所示.

從圖3可以看出，通過調(diào)節(jié)對稱耦合饋線及改進型階躍阻抗諧振器的物理尺寸，可以控制通帶的位置以及帶寬的范圍.

由于在超寬帶的通帶范圍內(nèi)存在其他無線信號的干擾，因此，需要在超寬帶的通帶內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的阻帶，從而有效抑制其他頻段信號的干擾.針對這一問題，本研究采用了非對稱的耦合饋線結(jié)構(gòu).通過調(diào)節(jié)非對稱耦合饋線的物理尺寸，可以靈活控制通帶內(nèi)阻帶的位置，從而達到抑制其他信號干擾的目的.為了進一步說明這一問題，本研究分析了超寬帶通帶內(nèi)的阻帶位置隨非對稱耦合饋線物理尺寸的變化情況，其仿真計算得到的結(jié)果如圖4所示.

圖3 超寬帶帶通濾波器的頻率響應(yīng)特性曲線

圖4 阻帶頻率隨l1的變化曲線

從圖4可以看出，當(dāng)非對稱耦合饋線結(jié)構(gòu)中l(wèi)1的長度從0.7 mm變化到1.6 mm時，通帶內(nèi)阻帶頻率的位置從5.6 GHz變化到了5.4 GHz.由此可見，隨著非對稱耦合饋線中l(wèi)1長度的增加，通帶內(nèi)阻帶的位置向低頻方向移動，即可通過調(diào)節(jié)l1的大小來控制通帶內(nèi)阻帶頻率的位置.

此外，非對稱耦合線的 寬度w3同樣可以影響阻帶頻率的位置，阻帶頻率位置隨w3的變化曲線如圖5所示.

圖5 阻帶頻率隨w3的變化曲線

從圖5可以看出，當(dāng)非對稱耦合線的寬帶增加時，阻帶頻率的位置開始向低頻方向移動，且移動幅度不大.由此可見，可以通過調(diào)節(jié)非對稱耦合饋線的寬度w3的大小來對阻帶頻率的位置進行微調(diào)，從而滿足一些對阻帶頻率要求較高的超寬帶無線通信系統(tǒng)的要求.

綜上所述，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)非對稱耦合饋線的物理尺寸，可以靈活控制通帶內(nèi)阻帶頻率的位置.

2 仿真結(jié)果分析

本研究采用ADS仿真軟件對所設(shè)計的通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器進行了仿真計算.仿真計算中，介質(zhì)的介電常數(shù)為9.6，厚度為0.8 mm.仿真計算得到的結(jié)果如圖6所示.

圖6 基于非對稱耦合饋線結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器仿真結(jié)果

由圖6可知，該濾波器在5.75 GHz存在一個阻帶.此外，濾波器的上通帶和下通帶都具有良好的通帶特性.

3 結(jié) 論

本研究利用非對稱耦合饋線設(shè)計了一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器.電磁仿真結(jié)果表明，該濾波器不僅具有良好的通帶特性，同時，通帶內(nèi)阻帶位置靈活可調(diào)，能夠滿足超寬帶無線通信系統(tǒng)的要求.

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Research on Ultra-wideband Filter with Single Stop Band Characteristics in Passband

GAOShanshan，QIAOHuimin

(School of Information Science and Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China)

In this paper,an ultra-wideband(UWB) filter with single stop band characteristics in a passband is proposed based on asymmetric coupled lines.By properly adjusting the physical dimensions of the asymmetric coupled lines,a stop band frequency in the passband of the ultra-wideband can be controlled to effectively reduce the interference of other frequency bands.The simulating calculation is done on the ultra wide-band filter designed by using ADS.The simulation results show that the proposed filter exhibits good in-band performances.In addition,the location of the stop band can be easily adjusted because of its flexible position.

UWB;filter;microstrip;notch band

1004-5422(2017)01-0059-03

2017-01-08.

四川省教育廳自然科學(xué)基金(15ZB0387)資助項目.

高山山(1982 — )， 女， 博士， 講師， 從事微波元器件理論與設(shè)計研究.

TN713+.5

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