一種新型的CMRC寬帶低通濾波器
1 引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/267691.htm隨著電子技術(shù)的發(fā)展,在雷達(dá)、微波、通信等應(yīng)用系統(tǒng)中多頻率工作越來(lái)越普遍,對(duì)分隔頻率的要求也相應(yīng)提高,需要使用大量的高性能濾波器。因此濾波器在微波及毫米波電路中有著廣泛的應(yīng)用。在低頻段的應(yīng)用中,集總參數(shù)濾波器有著良好的表現(xiàn),但是隨著頻率升高到微波頻段以上,集總參數(shù)元件(電容、電感)的Q值急劇下降,造成濾波器的插入損耗太大,這時(shí)就必須用分布參數(shù)元件來(lái)代替集總參數(shù)元件,但是分布參數(shù)元件濾波器的尺寸一般較大,因此有必要減小微波毫米波電路濾波器的尺寸。
2000年香港城市大學(xué)薛泉教授提出了一種緊湊的微帶諧振器(CMRC),此后螺旋緊湊微帶諧振器(SCMRC)以及直線(xiàn)緊湊微帶諧振器(BCMRC)又相繼被提出。然而SCMRC結(jié)構(gòu)的阻帶范圍較小(5.2GHz-7.6GHz),BCMRC則由于在阻帶范圍內(nèi)的衰減特性不理想通常需要幾個(gè)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)較好的低通特性。針對(duì)這些問(wèn)題,本文提出了一種新型CMRC寬帶低通濾波器, 在0-7GHz低通頻率范圍內(nèi)其最大插入損耗為0.3dB,低于-10dB的阻帶頻率范圍為8.5GHz-22.1GHz, 低于-20dB阻帶頻率范圍為9GHz-20.8GHz,可見(jiàn)該濾波器在通帶內(nèi)具有很低的插入損耗,并且在阻帶內(nèi)具有良好的衰減特性。
2 結(jié)構(gòu)與等效電路
本文提出的新型CMRC平面結(jié)構(gòu)如圖1所示,其LC等效電路模型如圖2所示。介質(zhì)基板采用Taconic CER_10,其介電常數(shù)er=9.5,厚度為0.64mm。
圖1 CMRC的平面結(jié)構(gòu)
圖2 LC等效電路模型
3 濾波器特性仿真分析
3.1 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳輸特性的影響
我們對(duì)圖1所示CMRC結(jié)構(gòu)應(yīng)用HFSS進(jìn)行建模以及仿真,并分析了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)濾波器傳輸特性的影響。在仿真中我們發(fā)現(xiàn)x1、y1以及y2對(duì)濾波器傳輸特性的影響較大,其影響特性曲線(xiàn)如圖3至圖5所示,由圖3和圖4可知減小x1和y1可以降低諧振頻率,從而相應(yīng)的可以減小低通頻率范圍,這是因?yàn)樵诘刃щ娐纺P椭?,減小x1或y1都可以提高單位長(zhǎng)度的分布串聯(lián)電感(L0和L1)。而諧振頻率
圖5所示為y2大小對(duì)傳輸系數(shù)的影響,y2的數(shù)值越接近y3,諧振頻率越低。這是因?yàn)樵龃髖2可以提高該微帶部分的單位長(zhǎng)度分布電容,另外縫隙的減小同時(shí)增大了邊沿耦合電容,從而導(dǎo)致其等效電容C1的增加,進(jìn)而降低其諧振頻率,減小低通頻率范圍。
圖3 傳輸系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)x1變化特性
圖4 傳輸系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)y1變化特性
圖5 傳輸系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)y2變化特性
3.2 優(yōu)化結(jié)果及其主要參數(shù)
經(jīng)上述分析,對(duì)該CMRC寬帶低通濾波器進(jìn)行優(yōu)化,得到了良好的輸出S參數(shù)特性曲線(xiàn)如圖6所示,在0到7GHz低通頻率范圍內(nèi)的最大插入損耗為0.3dB,低于-10dB的阻帶頻率范圍為8.5GHz-22.1GHz, 低于-20dB的阻帶頻率范圍為9GHz-20.8GHz,可見(jiàn)該寬帶低通濾波器具有良好的低通及阻帶衰減特性。此時(shí)主要微帶分布參數(shù)由表1給出。
圖5 輸出較好的S參數(shù)曲線(xiàn)
表1 主要微帶結(jié)構(gòu)參數(shù)
4 結(jié)論
本文提出了一種新型的緊湊微帶諧振單元(CMRC)結(jié)構(gòu),用于實(shí)現(xiàn)寬帶低通濾波器。該濾波器在寬通帶范圍內(nèi)插入損耗很低,并且在寬阻帶范圍內(nèi)具有很好的衰減特性,可用于高中頻混頻器的中頻濾波器,并可以有效的抑制本振及其諧波成分。另外該寬帶低通濾波器尺寸很小,具有容易集成的優(yōu)點(diǎn)。
評(píng)論