基于枝節(jié)加載的超寬帶濾波器的設(shè)計(jì)方案

1.引言

　　自2002年美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）批準(zhǔn)把3.1GHz到10.6GHz之間的頻段分配給超寬帶通信系統(tǒng)使用以來(lái)，小型化，高性能已經(jīng)成為了超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的必然趨勢(shì)。

　　本文提出了一種具有新的枝節(jié)加載諧振器結(jié)構(gòu)超寬帶濾波器的設(shè)計(jì)方案。該方案的結(jié)構(gòu)為使用圓形開(kāi)路階躍短截線為中心枝節(jié)，通過(guò)圓形諧振器控制奇偶模式的分布；達(dá)到短路和開(kāi)路枝節(jié)控制帶外抑制。該方案中所設(shè)計(jì)的濾波器具有小尺寸，良好選擇性等優(yōu)點(diǎn)， 通過(guò)仿真的結(jié)果證實(shí)了該方案的可行性。

　　2.超寬帶濾波器的總體結(jié)構(gòu)

　　由于之前的文章中有涉及到首次使用圓形開(kāi)路階躍短截線單元進(jìn)行超寬帶濾波器的設(shè)計(jì)方案。在文章中可以知道這種單元具有低通特性，并且其截止頻率會(huì)隨著半徑R的增大而減小，邊緣響應(yīng)也隨之變得都陡峭。這樣，我們可以使用加載其他枝節(jié)引入傳輸零點(diǎn)的方法得到好的阻帶特性。

　　如下圖所示，圖1為所設(shè)計(jì)超寬帶濾波器的整體結(jié)構(gòu)圖。

　　整體電路左右對(duì)稱，使用介電常數(shù)為10.2，厚度為1.27mm的Roger RT/duroid6010介質(zhì)基板，端口阻抗為50Ohm.考慮的制作工藝的難易度和可行性，所有微帶間縫隙寬度不小于0.1mm，且金屬化過(guò)孔的半徑不小于0.1mm.

　　超寬帶濾波器整體結(jié)構(gòu)（r1=0.5，w1=1.3，w2=0.2，w3=0.1，w4=.01，w5=0.2，w6=0.3，r2=0.1，s=0.1，單位：mm）

　　圖2則為圓形階躍短截線兩邊開(kāi)路及短路枝節(jié)的等效電路。兩種枝節(jié)的輸入阻抗可以表示為：

　　這里和θ 為枝節(jié)的特性阻抗以及電長(zhǎng)度。當(dāng)θ 分別等于0o，90o，180o的時(shí)候， 分別等于0， ∞ ，0， 分別等于∞ ，0， ∞ 。

　　由此可以得到，當(dāng)超寬帶濾波器的中心頻率的的時(shí)候，由短路枝節(jié)可以得到兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，并且能提高濾波器的選擇性。而又由于開(kāi)路枝節(jié)的存在，當(dāng)開(kāi)路枝節(jié)的電長(zhǎng)度等于帶外頻率抑制點(diǎn)的1/4波長(zhǎng)的時(shí)候，能夠提高帶外阻帶的性能。在這篇文章里，我們?cè)O(shè)置帶外抑制頻率點(diǎn)為15GHz.

　　通過(guò)以上的分析，一個(gè)新型的枝節(jié)加載超寬帶濾波器就可以得到，電路的初始尺寸也可以由上述分析得到，最后使用HFSS進(jìn)行仿真和優(yōu)化。

　　3.仿真結(jié)果與分析

　　通過(guò)HFSS仿真得到的仿真曲線波形圖如下圖3所示。