一種新型的雙模雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)方案

0 引言

隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，同時(shí)工作在兩個(gè)或多個(gè)頻段的通信系統(tǒng)成為無線通信研究的一個(gè)重要方向，因此多頻微波元件是近年來的研究熱點(diǎn)之一， 這帶動(dòng)了多頻濾波器技術(shù)的發(fā)展。例如無線局域網(wǎng)(WLAN)和寬帶互通微波接入(WiMAX)等。目前的WLAN 主要工作在2.45 GHz(2.4~2.484 GHz)、5.2 GHz(5.15~5.35 GHz)和5.8 GHz(5.725~5.825 GHz)，而WiMAX工作在2.5 GHz(2.5~2.69 GHz)、3.5 GHz (3.4~3.69 GHz)和5.5 GHz(5.25~5.85 GHz)。另一方面，具有小型化、低成本、易制作等特性的多頻段濾波器已經(jīng)成為現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中最重要的電路組成器件之一。

微帶雙模濾波器由于結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、成本低、易于集成、插入損耗低，且固有的階數(shù)是傳統(tǒng)濾波器階數(shù)的一半，能夠減小尺寸，使結(jié)構(gòu)更緊湊， 因此在衛(wèi)星通信和無線通信中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)受到了許多研究人員的關(guān)注和重視。在20世紀(jì)70年代，Wolff首次提出并設(shè)計(jì)了第一個(gè)微帶雙模濾波 器，此后人們便開始了對微帶雙模濾波器的研究，其在濾波器領(lǐng)域扮演著重要角色。

本文一種新型應(yīng)用于WLAN/WiMAX的雙模雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)方案，方案是在對稱T型開路支節(jié)加載雙模諧振器的基礎(chǔ)上，先對其奇偶模原理進(jìn)行了分析，接著對雙模諧振器的電場分布和電流分布進(jìn)行分析，最后設(shè)計(jì)出了一個(gè)應(yīng)用于WLAN和WiMAX頻段的雙通帶濾波器，其中心頻率分別為2.4 GHz和3.5 GHz,并對其進(jìn)行了耦合原理分析和耦合間距對帶寬的影響的分析。最后實(shí)測效果很好，在帶外產(chǎn)生了3個(gè)傳輸零點(diǎn)，上阻帶具有較好的帶外抑制。最后的仿真和實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果非常吻合，具有很好的一致性。

1 對稱T 型開路支節(jié)加載分析

本文所提出的對稱T 型開路支節(jié)加載的雙模諧振器是由一個(gè)半波長階躍阻抗諧振器和兩個(gè)對稱的T型開路枝節(jié)組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。

由于該結(jié)構(gòu)關(guān)于對稱面AA′有對稱的特性，可以利用經(jīng)典的奇偶模分析法來對該諧振器的諧振頻率進(jìn)行分析。根據(jù)雙模諧振器模型，這種結(jié)構(gòu)具有兩種諧振模式，即奇模諧振模式與偶模諧振模式。

以奇模電壓源激勵(lì)時(shí)，對稱面是電壁，對稱面AA′的電壓為零，等效為短路狀態(tài)，相應(yīng)的等效電路如圖1(b)所示。

以偶模電流源激勵(lì)時(shí)，對稱面是磁壁，對稱面AA′處電流為零，等效為開路狀態(tài)，相應(yīng)的等效電路如圖1(c)所示。

當(dāng)忽略諧振器不連續(xù)性時(shí)，奇模激勵(lì)時(shí)的輸入阻抗Zinodd 可以表示為：

其諧振條件為Zinodd =∞。從公式(1)可以看出，奇模諧振頻率只與θ1,θ2 ,Z1,Z2 有關(guān)，與中間對稱T型開路支節(jié)無關(guān)。同理，當(dāng)偶模激勵(lì)時(shí)，可以得到偶模的諧振頻率與中間T型開路支節(jié)有關(guān)，當(dāng)中間對稱T型開路支節(jié)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，偶模 諧振頻率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，而對奇模的諧振頻率沒有影響。

圖2 顯示了該雙模諧振器的奇模和偶模的電場分布圖。

如圖2(a)所示，奇模的電場分布主要分布在階梯阻抗諧振器的左邊和右邊，而且是對稱的。而在對稱T型開路支節(jié)這部分沒有場強(qiáng)分布，顯然和支節(jié)加載部分無關(guān)。

同樣，從圖2(b)中可以看到，階梯阻抗諧振器和對稱T型支節(jié)都分布有電場，而且電場是關(guān)于對稱面AA′對稱的，這就是偶模的電場分布。因此，對稱T型支節(jié)對奇模諧振頻率不產(chǎn)生影響，只影響偶模諧振頻率。

圖3 顯示了對稱T 型支節(jié)加載諧振器的電流分布圖。