一種新型帶阻濾波器特性研究

1 引言

微波帶阻濾波器廣泛地應(yīng)用于抑制高功率發(fā)射機(jī)的帶外寄生頻段。它們在無線電通信傳播系統(tǒng)中用于防止其他用戶的干擾，因此變得十分重要。隨著空間通信的發(fā)展，對先進(jìn)帶阻濾波器的要求也相應(yīng)地增加。在參考文獻(xiàn)中，提出了阻帶濾波器的形式雖然可以在阻帶產(chǎn)生較高的衰減但其阻帶外特性不好限制了其應(yīng)用。中運(yùn)用開半波長開路線實(shí)現(xiàn)帶阻效果，但其帶外高端響應(yīng)不好。為了使阻帶濾波器在阻帶衰減達(dá)到要求的同時(shí)帶外響應(yīng)也得到改善，本文在中所提出的帶阻濾波器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，提出一種新的結(jié)構(gòu)，由該結(jié)構(gòu)組成的帶阻濾波器其阻帶得以展寬，并且在阻帶外產(chǎn)生傳輸極點(diǎn)，大幅度改善帶外特性，本文分為四節(jié)：第一節(jié)為引言，第二節(jié)將的阻帶濾波器和本文所提出的阻帶濾波器形式進(jìn)行性能對比，第三節(jié)主要是介紹如何將本文所提出的帶阻濾波器運(yùn)用到寬帶濾波器上形成性能優(yōu)越的2.6/5.2GHz（WLANs）雙通帶濾波器。第四節(jié)對本文進(jìn)行總結(jié)并提出進(jìn)一步改進(jìn)建議。

2 阻帶濾波器特性分析

帶阻濾波器的形式如圖1所示，其中L等于阻帶中心頻率處的（為波導(dǎo)波長），寬度由特征阻抗決定，（一般為50W）S的大小可以任意。經(jīng)研究我們發(fā)現(xiàn)隨著S的減小其阻帶衰減變差且?guī)馓匦圆缓?，如果將該種濾波器運(yùn)用到通訊系統(tǒng)中去勢必會對其他通帶產(chǎn)生非常大的影響。我們進(jìn)一步研究中所提的帶阻濾波器的50W半波長開路線單元如圖2中（a）所示，將其運(yùn)用在50W傳輸線旁通過調(diào)節(jié)其與傳輸線之間的距離產(chǎn)生不同的耦合來產(chǎn)生阻帶效應(yīng)如圖2（c），其原理電路由圖3給出，其中開半波長路環(huán)相當(dāng)于原理電路中的并聯(lián)支路的串聯(lián)LC電路，第i條支路在處諧振，在該頻點(diǎn)處該支路將產(chǎn)生吸收效果從而形成在該頻點(diǎn)的阻帶效果，但是由于半波長開路線等效成的串聯(lián)LC的值于頻率有很大關(guān)系所以其在產(chǎn)生阻帶效果的同時(shí)會對帶外產(chǎn)生影響，為了解決這一問題，我們在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在原結(jié)構(gòu)中間開口如圖2（B）示，這樣可以加大其內(nèi)部耦合，我們通過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)在改變縫隙寬度時(shí)該單元可以在兩個(gè)頻點(diǎn)產(chǎn)生阻帶，我們可以利用這一特點(diǎn)讓兩個(gè)阻帶中心頻率靠近從而形成帶寬較寬的帶阻濾波器，我們同時(shí)注意到兩阻帶中心頻率的差和開口大小存在如圖5所示的關(guān)系，可以很明顯的地看出隨著開口大小的變化其阻帶衰減也會發(fā)生相應(yīng)變化，并且兩阻帶間的通帶響應(yīng)不是十分理想，并且該新型結(jié)構(gòu)可以在靠近阻帶處產(chǎn)生較大的傳輸極點(diǎn)，這樣就大大改善了阻帶外特性，我們綜合考慮上述各因素，運(yùn)用該新型結(jié)構(gòu)（圖2（B））設(shè)計(jì)阻帶中心頻率在4.55GHZ處的帶阻濾波器，

其結(jié)構(gòu)如圖2（D），其具體尺寸在表1中給出。本文中所有的微帶濾波器均是在基板厚度為1mm相對介電常數(shù)的介質(zhì)板上進(jìn)的。為了更好的對比，我們運(yùn)用圖2中（A）單元設(shè)計(jì)一個(gè)阻帶中心頻率在4.5GHZ處的帶阻濾波器，如圖4所示，其具體尺寸由表1中給出。圖6給出了用電磁仿真軟件Sonnet按上述物理尺寸對兩個(gè)濾波器進(jìn)行仿真得到頻率響應(yīng)對比圖，從圖中我們可以明顯的看出運(yùn)用了新型結(jié)構(gòu)的帶阻濾波器與原結(jié)構(gòu)相比有以下三方面的有點(diǎn)：

圖1 開口線阻帶濾波器

1．在阻帶產(chǎn)生了更大的衰減，它比原有結(jié)構(gòu)增大了10dB。

2．在阻帶外高端靠近阻帶邊緣產(chǎn)生了一個(gè)傳輸極點(diǎn)（－55dB），大大改善了帶外響應(yīng)。

3．阻帶帶寬得到一定的展寬。

表1 阻帶中心頻率在4.55GHZ的半波長帶
阻濾波器單元的具體尺寸（mm）

圖2 含有一個(gè)單元的阻帶濾波器（a）原始結(jié)構(gòu)（b）新型結(jié)構(gòu)
（c）含有一個(gè)原始單元的帶阻濾波器（d）含有一個(gè)新型單元的帶阻濾波器

圖3 阻帶濾波器原始電路

通過這一對比我們可以清晰的看出，本文提出的新型阻帶濾波器單元克服了原有單元所具有的幾個(gè)缺點(diǎn)，運(yùn)用它設(shè)計(jì)帶阻濾波器可以大大改善濾波器性能。

3 新型阻帶濾波器單元應(yīng)用

為了更好的驗(yàn)證我們所提出的帶阻濾波器的性能，我們將在本節(jié)中將該結(jié)構(gòu)運(yùn)用到一個(gè)寬帶濾波器中，從而使其變成一個(gè)雙通帶濾波器。我們首先設(shè)計(jì)一個(gè)寬帶濾波器所提到的方法設(shè)計(jì)一個(gè)截止頻率為0.75/6.2GHZ的兩級寬帶濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，其具體設(shè)計(jì)過成不是本文的重點(diǎn)所以在此不做過多介紹，經(jīng)綜合后其物理尺寸如表2所示。

圖9（a）給出了用電磁仿真軟件Sonnet按上述物理尺寸仿真得到的頻率響應(yīng)圖，從圖中我們可以看出該濾波器在其通帶內(nèi)的插入損耗較小，其回波損耗也基本在－20dB左右，為了使該濾波器應(yīng)用WLANs的領(lǐng)域，并驗(yàn)證我們提出的帶阻濾波器單元的性能，我們將圖2（B）中的新型阻帶單元運(yùn)用到這一寬帶濾波器中使其在4.55GHZ處產(chǎn)生一個(gè)零。

(a)

(b)

圖4 4.5GHZ半波長開路線帶阻濾波器

表2 雙通帶濾波器的具體尺寸（mm）

圖5 頻率間隔隨m的變化曲線

(a)

(b)

圖6 4.5GHZ半波長開路線帶阻濾波器仿真頻
響曲線(a)原結(jié)構(gòu)（b）新結(jié)構(gòu)

圖7 截止頻率為0.75GHZ的高通濾波器

圖8 新型阻帶單元的雙通帶

傳輸零點(diǎn)從而形成雙通帶濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖8示，具體物理尺寸在表2中具體給出，該形式中的阻帶濾波器單元的尺寸參見表1，其他尺寸見表2。圖9(b)給出了用電磁仿真軟件Sonnet按上述物理尺寸仿真得到的頻率響應(yīng)圖，從圖中我們可以清晰的看出，在加了帶阻濾波器單元后原有的寬通帶濾波器變?yōu)殡p通帶通濾波器，在要求的2.6GHZ和5.2GHZ的通帶處其插入損耗在0.02dB以下，其回波損耗均在－20dB滿足要求，這說明我們的阻帶濾波器單元的性能優(yōu)越可以運(yùn)用到實(shí)際通訊領(lǐng)域中。

4 結(jié)束語

本文所提出的帶阻濾波器單元大大改善了帶阻濾波器的阻帶衰減，擴(kuò)展了帶寬，具有良好的帶外響應(yīng)。由于時(shí)間有限沒有對該結(jié)構(gòu)的進(jìn)行深層研究，我們在下階段將對該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高阻帶衰減以及為何能將帶寬展寬進(jìn)行更深入的研究。

（a）

(b)

圖9 (a)截止頻率為0.75GHz的寬帶濾波器真頻響曲線(b)2.4/5.6GHZ雙通帶濾波器仿真頻響曲線