單偉

摘要 雙模濾波器具有體積小、重量輕且通道選擇性更好的優(yōu)點(diǎn)，且微波濾波器具有加工簡(jiǎn)單成本低的特點(diǎn)，滿足現(xiàn)代通信的需求。本文從這兩者的角度出發(fā)，在新型的中心短路枝節(jié)加載的雙端短路諧振器的基礎(chǔ)上，利用該款新型雙模諧振器三個(gè)短路點(diǎn)的等價(jià)性，將三個(gè)短路點(diǎn)結(jié)合在一起，并將諧振器加以折疊，實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化。測(cè)試曲線表明該雙模濾波器與仿真結(jié)果基本吻合。本文設(shè)計(jì)的濾波器具有尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】雙模 帶通濾波器 諧振器

在無(wú)線通信應(yīng)用中，濾波器是不可或缺的重要核心器件，常常被用來(lái)分離和組合不同的頻率，起著選擇信號(hào)的重要作用。濾波器可以主要分為腔體結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)，平面結(jié)構(gòu)又可以劃分為微帶結(jié)構(gòu)和共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。其中，微帶雙模濾波器由于其雙模諧振器等效于兩個(gè)諧振回路，尺寸與傳統(tǒng)單模結(jié)構(gòu)相比減小一半，從而可以減小系統(tǒng)的體積和重量，在無(wú)線通信領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎，正是這些優(yōu)點(diǎn)使得雙模濾波器被廣泛研究。早期雙模諧振器主要用于腔體結(jié)構(gòu)，尤其是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，隨著平面電路工藝的成熟，微帶結(jié)構(gòu)雙模濾波器逐漸受到關(guān)注。

本文提出了一種新型的雙模帶通濾波器，該濾波器在新型的中心短路枝節(jié)加載的雙端短路諧振器的基礎(chǔ)上，并考慮到該款新型雙模諧振三個(gè)短路點(diǎn)是等價(jià)的，利用諧振器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將三個(gè)短路點(diǎn)結(jié)合在一起，并將諧振器加以折疊，以實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化。采用平行耦合微帶線（ParallelCoupledMicrostripLine，PCML）作為饋線提供外部耦合并引入了源和負(fù)載耦合，產(chǎn)生新的傳輸零點(diǎn)，更好實(shí)現(xiàn)通帶選擇性。

1 雙模濾波器設(shè)計(jì)

1.1 諧振器耦合結(jié)構(gòu)

本文采用的諧振器結(jié)構(gòu)如圖l（a）所示，該諧振器結(jié)構(gòu)是基于短路枝節(jié)加載的雙端短路諧振器結(jié)構(gòu)如圖l（b）所示。

由于短路枝節(jié)加載的雙端短路諧振器的三個(gè)短路點(diǎn)是等價(jià)的，將其結(jié)將其結(jié)合成一個(gè)短路點(diǎn)，該短路點(diǎn)由直徑為0.6mm的接地過孔實(shí)現(xiàn)。三個(gè)短路點(diǎn)合成一個(gè)短路點(diǎn)。諧振器結(jié)構(gòu)的諧振特性并不會(huì)發(fā)生變化，這是因?yàn)樵谂寄ＶC振時(shí)，諧振器和短路枝節(jié)都參與了諧振，奇模諧振時(shí)，短路枝節(jié)上的電流為零，并沒有參與諧振，并沒有因?yàn)槎搪伏c(diǎn)之間的結(jié)合而影響到短路枝節(jié)的加載特性。最終再將諧振器加以折疊，以實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化。諧振器最終優(yōu)化尺寸如下：W1=7.58mm，W2=2.18mm，W3=1.3mm，W4=0.3mm，W5=1.009mm，W6=0.9mm，L1=6.7mm，L2=1.5mm，L3=4mm，L4=lmm，D=0.6mm。

1.2 外部耦合結(jié)構(gòu)

本文采用輸入輸出耦合方式是基于平行線耦合結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了凹陷折疊的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，其局部放大如圖2（a）所示，整體如圖2（b）所示。其關(guān)鍵幾何尺寸如下：W7=0.94mm，W8=0.5mm，W9=1.2mm，W10=1.4mm，Wll=1.3mm，W12=1.71mm，W13=9.5101mm，W14=0.2mm，L5=0.8mm，L6=lmm，L7=4mm，L8=3.8mm，L9=2mm，L10=1.1692mm，L11=0.8mm。

平行耦合微帶線（PCML）作為饋線提供外部耦合為了能實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的外部耦合。通過輸入輸出平行耦合線末端的相互耦合，引入了源和負(fù)載交叉耦合，從而引入傳輸零點(diǎn)，更好實(shí)現(xiàn)通帶選擇性。同時(shí)源和負(fù)載耦合的引入，不僅增強(qiáng)了通帶的選擇特性，而且還改善了帶內(nèi)波紋特性。平行線耦合結(jié)構(gòu)做出與諧振器相一致的凹陷折疊，不僅實(shí)現(xiàn)濾波器小型化，而且從直觀上可以看出，這種輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)可以提供更大的耦合調(diào)節(jié)自由度，另外，它還對(duì)濾波器的整體性能也有重要影響。

1.3 濾波器整體結(jié)構(gòu)

基于以上考慮，本文采用的雙模帶通濾波器整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，濾波器的關(guān)鍵幾何結(jié)構(gòu)尺寸詳見1.1節(jié)圖l（a），1.2節(jié)圖2（a）。

本文選用的介質(zhì)為Rogers/duroi -d5880，相對(duì)介電常數(shù)為2.2，損耗角正切為0.0009。介質(zhì)基片厚度0.254mm，微帶線厚度為0.017mm，單面電路，且接地面覆銅箔，銅箔厚度為0.017mm，小孔為金屬化過孔，孔徑為0.6mm。

濾波器的彎折布局在使整體結(jié)構(gòu)緊湊的同時(shí)，也有利于引出源和負(fù)載間的容性交叉耦合，由于該諧振器上通帶內(nèi)奇模和偶模間的差異本質(zhì)上是由短路通孔的等效電感帶來(lái)的，因此容性的源和負(fù)載交叉耦合在通帶兩側(cè)引入一對(duì)傳輸零點(diǎn)，用于提高濾波器的頻率選擇性。

2 仿真與測(cè)試結(jié)果

圖4是按照1.3節(jié)基板材料和圖3的幾何尺寸加工的濾波器樣品照片。其主體面積為33mmX33.2mm，該結(jié)構(gòu)具有緊湊，小型化等特點(diǎn)。

該濾波器樣品仿真與測(cè)量曲線結(jié)果對(duì)比如圖5所示，測(cè)量與仿真吻合較好，測(cè)試結(jié)果表明：濾波器通帶中心頻率為5.53GHz，其3dB帶寬為4.87GHz-6.19GHz，其3dB相對(duì)帶寬為23.87%，中心頻率處的插損為1.533 dB，通帶內(nèi)的回波損耗大于lldB，兩個(gè)傳輸零點(diǎn)分別位于3.87GHz，6.87GHz。傳輸零點(diǎn)的引入有效的提高了通帶頻率內(nèi)的選擇性。

3 結(jié)論

本文提出一種緊湊型新型雙模帶通濾波器，該元件基于新型中心短路枝節(jié)加載的雙端短路諧振器，由于該新型雙模諧振器三個(gè)短路點(diǎn)的等價(jià)性，將三個(gè)短路點(diǎn)結(jié)合在一起，由金屬化過孔接地，雙模諧振器加以折疊，實(shí)現(xiàn)濾波器的緊湊性與小型化。采用平行耦合微帶線作為饋線提供外部耦合，并引入了源和負(fù)載耦合，產(chǎn)生新的傳輸零點(diǎn)，更好實(shí)現(xiàn)通帶選擇性。經(jīng)仿真與測(cè)試驗(yàn)證，該濾波器具有較優(yōu)的電性能，且結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較小。

參考文獻(xiàn)

[1]石鑫，通信系統(tǒng)中雙模濾波器的研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2010： 1-2.

[2]孫守家，多模諧振器的研究及其在微波濾波器中的應(yīng)用[D]，西安：西安電子科技大學(xué)，2014： 32-35.

[3]H.N. Shaman， NewS-band bandpas sfilter

（BPF） wit hwidebandpa s sband

for wireless communicationsystems [J].IEEE MicrowWirelessCompon.Lett.，May.2012，v01.22，No.5，pp.242-244.