一種新型的雙模雙通帶濾波器的設(shè)計方案

如圖3(a)所示，表面電流主要分布在階梯諧振器的左邊和右邊，電流是從右邊支節(jié)流向左邊支節(jié)，而且對稱T型支節(jié)對奇模是沒有影響的，這就是奇模的電流分布特性。

圖3(b)顯示了偶模的電流分布，整個雙模諧振器都有電流分布。從圖中可以觀察到，電流從兩個T型支節(jié)流入階梯阻抗諧振器，再流向兩端的支節(jié)，而且關(guān)于對稱面AA′對稱。

2 濾波器設(shè)計實例

為了驗證以上的理論分析，采用文中所討論的雙模諧振器設(shè)計了一個應(yīng)用于WLAN/WiMAX的雙模雙通帶濾波器。濾波器的設(shè)計指標(biāo)為：第一個通帶的 中心頻率為2.4 GHz,應(yīng)用于WLAN頻段;第二通帶的中心頻率為3.5 GHz,應(yīng)用于WiMAX頻段;帶內(nèi)插入損耗小于1 dB,帶內(nèi)回波損耗都為-20 dB,在上阻帶3.8~6.9 GHz內(nèi)，抑制要大于20 dB.采用的介質(zhì)板的介電常數(shù)為2.2,厚度為0.508 mm,損耗角正切tan δ =0.000 9,銅箔厚度為0.018 mm.

基于以上設(shè)計指標(biāo)，首先根據(jù)給定的第一通帶的中心頻率確定半波長諧振器的尺寸，而后調(diào)節(jié)對稱T型開路支節(jié)長度，大致達(dá)到第二通帶的中心頻率。通過建 模仿真，最終確定了諧振器的物理尺寸，得到濾波器的版圖如圖4所示，尺寸大小為14.03 mm×31.48 mm,對應(yīng)的波導(dǎo)波長為0.15λg × 0.34λg,總的面積為0.051λ2g,其具體的物理尺寸如下：

W0 = 1.54 mm,Wt = 0.57 mm,Lt = 3.12 mm,S =0.99 mm,W1 = 0.8 mm,W2 = 2.46 mm,W3 = 0.72 mm,W4 =0.94 mm,L1 = 19.47 mm,L2 = 4.12 mm,L3 = 2.63 mm,L4 = 3.33 mm,L5 = 0.79 mm,L6 = 17.86 mm.

由圖4 可知，源/負(fù)載與第一/二個雙模諧振器采用的是抽頭饋線耦合，兩雙模諧振器的兩邊支臂相互耦合。這樣的結(jié)構(gòu)有利于兩個通帶的調(diào)節(jié)和結(jié)構(gòu)的緊湊。

雙模諧振器級聯(lián)的耦合原理如圖5所示。圖中的S 表示源，L 表示負(fù)載。

從圖5中可以看出，源與第一個諧振器和第二個諧振器的奇模偶模都有耦合，負(fù)載也與第一個諧振器和第二個諧振器的奇模偶模都有耦合。第一個諧振器的奇 模與第二個諧振器的奇模耦合，構(gòu)成第一個通帶;第一個諧振器的偶模與第二個諧振器的偶模耦合，構(gòu)成第二個通帶，這樣就形成了一個雙模雙通帶的濾波器。

圖6 顯示了濾波器在不同間距S 的情況下帶寬的特性?？梢钥吹?，耦合間距S 能有效地調(diào)節(jié)濾波器的帶寬特性，當(dāng)間距S 從0.6 mm增加到1.1 mm時，濾波器的兩個帶寬明顯減小。因此可以調(diào)節(jié)S 參數(shù)來得到想要的帶寬，而且濾波器的其它特性幾乎不變。

圖7為該雙模濾波器的仿真結(jié)果，此結(jié)果達(dá)到了設(shè)計的要求。第一個通帶的中心頻率為2.45 GHz,第二個通帶的中心頻率為3.52 GHz,它們的帶內(nèi)的反射系數(shù)都小于-20 dB,而且在帶外產(chǎn)生了三個零點TZ1,TZ2 , TZ3,其頻率分別為1.98 GHz,2.93 GHz,3.935 GHz,其衰減分別為-54.3 dB,-40.7 dB,-58.1 dB.而且在上阻帶3.78~-6.94 GHz內(nèi)，其衰減達(dá)到-20 dB 以下，具有非常好的帶外抑制能力。

圖8為加工實物圖，可以看到其尺寸比傳統(tǒng)的雙通帶濾波器小很多，說明雙模諧振器具有小型化的優(yōu)點。

這里使用的測試儀器為Agilent 公司的E5071C 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，在常溫條件下對制作的雙模濾波器進(jìn)行測試，實際測量結(jié)果與仿真結(jié)果非常吻合，如圖9所示。