一种新型三模宽带带通滤波器的设计
于 兵1,2 杨 斐1 陈晓晔1 李鹤鸣1 吴小虎1 葛俊祥1,2
【摘 要】摘 要 提出了一种基于三模环形谐振器的微带带通滤波器。三模谐振器是由加载开路枝节的环形谐振器组成，在通带内产生三个谐振模式。环形谐振器的多径效应使得信号相抵消，在通带的上下截止频率处产生两个传输零点，因此滤波器会有较好的通带选择性。仿真和测试结果表明，滤波器的中心频率为5.05 GHz,通带频率为4.4～5.7 GHz，带内插损小于1.7 dB。 【期刊名称】科学技术与工程 【年(卷),期】2016(016)021 【总页数】4
【关键词】关键词 三模谐振器 带通滤波器 高选择性
滤波器作为无线设备一个重要组成部分，正向着小型化、低损耗、高选择性，廉价等方向发展。微带结构的滤波器因其体积小、价格低而被人们广泛研究[1—6]。文献[1]采用了多模枝节加载谐振器实现的滤波器，通带内有三个传输极点，但是在低频端带外没有引入传输零点，通带选择性较差。文献[2]提出的滤波器采用的是对称结构的多模谐振器，该滤波器的3 dB相对带宽为62.7%，在5.15～8.85 GHz的插入损耗小于1.65 dB。该滤波器有着高选择性和低插损等优点，但是体积较大，结构不紧凑，不利于滤波器的小型化。文献[3]和[4]提出的滤波器采用的是闭合环结构，由于此类结构馈线和环直接相连，在低频处基本没有抑制效果，高频部分抑制效果较差。文献[5]提出的滤波器采用的平行耦合线和文献[6]发夹型的滤波器体积较大，不利于实际运用。
本文提出了一种新型的宽带带通滤波器，该滤波器采用的是能产生三个谐振模
式的多模谐振器。多模谐振器的使用使得该滤波器结构更为紧凑。谐振器采用了环形结构，从文献[7]可知，环形结构产生的多径效应会使得信号相互抵消，由此会出现传输零点，引入了传输零点使得滤波器拥有很好的选择性。通过调整谐振器的参数我们可以改变滤波器的传输零点和传输极点，使得传输零点位于通带两侧，三个传输极点位于通带内。设计的滤波器中心频率为5.05 GHz，通带频率为4.4～5.7 GHz。实验结果表明，设计的滤波器带内插损小于1.7 dB。
1 滤波器的设计
本文设计的滤波器的结构模型如图1所示。中间是加载了开路枝节的三模环形谐振器，滤波器的两端采用了平行耦合线馈电。 1.1 谐振器谐振点的计算
图2是环形谐振器的等效电路模型。其中Zi表示每一段传输线的特性阻抗，θi表示相对于中心频率的电长度。每段传输线可以等效为一个二端口网络。由图2可知本谐振器是对称结构，可以用奇偶模理论来分析谐振器的谐振频率。 在奇模激励下，对称平面可以等效为理想电壁，谐振器的等效电路模型如图3(a)所示。当谐振器满足谐振条件时，可得到式(1)： (1) 式(1)中： (2) (3) (4) (5)
在偶模激励下，对称平面可以等效为理想磁壁，谐振器的等效电路模型如图3(b)所示。当谐振器满足谐振条件时，可得到式(6)。 (6) 式(6)中： (7) (8) (9) (10)
通过式(1)和式(6)可以算出谐振器的谐振频率。
固定Z1/Z4=0.91、Z2/Z4=0.52、Z3/Z4=0.76、Z5/Z4=0.33的值。当θ2=17°时，三个谐振点的频率随θ1的变化如图4(a)所示。随着θ1的增大，三个谐振点的频率降低。当θ1=75°时，三个谐振点的频率随θ2的变化如图4(b)所示。随着θ2的变大三个谐振点的频率降低。当θ1=75°、θ2=17°时，三个谐振点频率分别为4.29 GHz、5.14 GHz和5.68 GHz。 1.2 谐振器传输零点的计算
由特性阻抗为Z2、Z3、Z4和Z5的传输线组成的结构整体可以等效为一个二端口网络。Ai表示每段传输线的传输矩阵。由特性阻抗分别为Z4、Z5、Z5和Z4的传输线组成的上支路的传输矩阵为Aupper,由特性阻抗分别为Z2、Z3和Z2的传输线组成的下支路的传输矩阵为Alower。 (11)
Alower=A2Astub_3A2 (12)
一种新型三模宽带带通滤波器的设计
