微波滤波器谐波抑制方法研究

｜Ｓ２１｜ ， ｜Ｓ１１｜ （ｄＢ）
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８ １０ １２ １４ １６ １８ ２０ ２２ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＧＨｚ）
图 ３ 利 用 ＳＩＲ 谐 振 结 构 的 谐 波 抑 制 微 波 带 通 滤 波 器 ５ 总结 微波带通滤波器的谐波抑制方法有很多， 综合可以分为 两 大 类 ： 一 种 是 在 滤 波 器 的 输 入 输 出 带 线 上 级 联 陷 波 结 构 、带 阻或带通滤波器； 另一种是采用有模式抑制特性的改良谐振 器 。但 是 ， 前 者 增 加 了 额 外 的 电 路 元 件 导 致 与 滤 波 器 的 小 型 化 有冲突， 而后者影响了谐振器的自然谐振特性而使设计趋于 复 杂 化 。在 实 际 设 计 过 程 中 ， 各 种 方 法 各 有 优 劣 ， 应 综 合 考 虑 ， 也 可 以 结 合 使 用 ， 比 如 在 文 献 ［８］中 ， 如 图 ４ 所 示 ， 就 通 过 ＳＩＲ
↑ Ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ
ｆｉｌｔｅｒ
↑ Ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ
ｆｉｌｔｅｒ
ａ
０
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Ｓ２１ ， ｄＢ
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ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ， ＧＨｚ
图 １ 采 用 Ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ 结 构 的 谐 波 抑 制 微 波 带 通 滤 波 器 设计 时将 这些 结 构的 陷波 频 带 移 至 需 要 抑 制 的 位 置（一 般 都 在 通 带 的 倍 频 点）， 因 为 这 种 方 案 仅 仅 在 输 入 ／ 输 出 带 线 上 做变化， 并不涉及到中间的结构， 所以其适用范围较广。但必 须注意的是， 由于这些结构是与中心滤波器级联起来的， 所以 分别调试时要求其通带内匹配程度较高， 否则容易与中心滤 波器产生振荡而在某些频率上引起不希望的响应， 所以最好 采用一体化设计或在中间插入隔离器， 而且级联结构使原滤 波器的尺寸和插损增大。 上 图 １ 为 采 用 Ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ 结 构 的 谐 波 抑 制 微 波 带 通 滤 波 器 ， 可 以 有 效 地 抑 制 二 次 三 次 谐 波 ［２］。 ４ 采用有模式抑制特性的改良谐振器 滤波器寄生通带的位置取决于其采用的谐振器结构， 传 统 的 半 波 长 平 行 耦 合 线 滤 波 器 寄 生 通 带 在 ２ 倍 中 心 频 率 处 ［１］， 与 通 带 距 离 很 近 。在 实 际 应 用 中 ， 通 过 改 变 平 行 线 耦 合 结 构 的 形 状 ， 如 周 期 型 的 开 槽 结 构 ， 采 用 利 用 折 线（ Ｗｉｇｇｌｙ－ Ｌｉｎｅ） 或 弯 曲 线 耦 合 ， 可 以 有 效 地 增 宽 其 阻 带 ， 甚 至 达 到 ７ 处 ［４］， 如 图 ２ 所 示。
１ 引言 现代微波通信系统对带通滤波器的要求， 不仅仅是有良 好的带内性能， 如较小的插损， 良好的匹配， 有衰减极点等， 而 且要求其有良好的带外性能即有足够宽的阻带。特别是用在 微波振荡器或放大器输出端的滤波器， 就要求具有良好的谐 波抑制性能， 可是通常的微带线滤波器在通带外总有寄生通 带 。由 于 分 布 传 输 线 的 周 期 性 会 反 应 到 频 率 上 ， 因 此 平 行 耦 合 微带线带通滤波器在中心频率为奇数倍地方有寄生通带。此 外在微带线结构中， 耦合线的偶模相速低于奇模相速， 所以此 结构的带通滤波器在偶数倍附近会因为介质基板的不均匀而 产生乱真信号响应。因此， 通常的微带滤波器中， 偶次和奇次 谐 波 往 往 使 通 带 外 的 性 能 恶 化 ［１］。由 此 可 见 设 计 具 有 宽 阻 带 特 性的带通滤波器是非常必要的。 ２ 微波滤波器谐波抑制方法研究 微波带通滤波器的谐波抑制方法有很多， 为了改善其阻 带 的 抑 制 特 性 ， 研 究 人 员 提 出 了 多 种 改 进 的 方 式 。提 出 的 方 法 可以分为两大类： 一种是在滤波器的输入输出带线上级联陷 波 结 构 、带 阻 或 带 通 滤 波 器 ； 另 一 种 是 采 用 有 模 式 抑 制 特 性 的 改 良 谐 振 器 。但 是 ， 前 者 增 加 了 额 外 的 电 路 元 件 导 致 与 滤 波 器 的小型化有冲突， 而后者影响了谐振器的自然谐振特性而使 设计趋于复杂化。在设计过程中可以综合考虑。 实际设计过程中， 设计方法一般有以下几种： ● 利 用 ＳＩＲ 阶 跃 阻 抗 谐 振 机 构 ； ● 利 用 ＥＢＧ 或 ＤＧＳ 结 构 ； ●级联抑制结构， 如带阻或低通滤波器； ● 级 联 其 他 抑 制 结 构 ， 如 ； 支 节 线 （Ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ） 或 开 路 线 （ Ｏｐｅｎ ｓｔｕｂ） 结 构 ； ● 改 变 耦 合 线 结 构 ： 利 用 折 线（ Ｗｉｇｇｌｙ－ Ｌｉｎｅ） 或 弯 曲 线 耦 合； ●改变馈线端结构； ●引入非对称结构。 ３ 级联谐波抑制结构 目前文献中已经报道的抑制结构除了带阻或低通滤波器 以 外 ， 其 它 谐 波 抑 制 结 构 主 要 有 支 节 线 （Ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ） ［２］结 构 和 开 路 线（ Ｏｐｅｎ ｓｔｕｂ） ［３］结 构 。
Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ （ｄＢ）
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↑ Ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ
ｆｉｌｔｅｒ
Ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ ｆｉｌｔｅｒ ↓
５６７／１
ｂ
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科技信息
计算机与网络
０
和 Ｏｐｅｎ－ Ｓｔｕｂ 的 综 合 使 用 ， ２３．５ｄＢ 阻 带 带 宽 超 过 ８ 。
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Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＧＨｚ）
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图 ２ 波浪曲线结构的平行耦合微波带通滤波器
Ｐｌａｎｅ ｏｆ ｓｙｍｍｅｔｒｙ
Ｌ２（θ２） Ｚ１
Ｗ２
Ｚ２
Ｌ１（θ１）
Ａ Ｚ１
Ｌｆ（θｆ）
Ｗ１ Ｂ＇
Ｚ１
Ｄ１２
Ｂ
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Baidu Nhomakorabea
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２．４ ２．５
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
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微波滤波器谐波抑制方法研究
河南理工大学计算机学院 李宝平 吴 岩
［摘 要］微 带 线 滤 波 器 的 应 用 十 分 广 泛 ， 它 在 通 信 系 统 、电 子 系 统 、医 疗 设 备 以 及 军 事 微 波 系 统 中 都 发 挥 着 重 要 的 作 用 。 在 无 线 通 信 系 统 中 ， 为 了 抑 制 外 部 信 号 以 及 混 频 器 、振 荡 器 等 器 件 产 生 的 高 次 谐 波 ， 提 高 接 收 机 的 灵 敏 度 ， 要 求 滤 波 器 具 有 良 好 的 带 外 抑 制 能 力 。 传 统 微 波 滤 波 器 的 频 率 响 应 在 离 开 主 通 带 一 定 距 离 （通 常 是 主 通 带 中 心 频 率的整数倍）处存在寄生通带， 不适合要求有较高抑制带宽的应用场合， 因此研究设计具有谐波抑制功能的微波滤 波器具有很强的实际意义。 ［关键词］微 波 滤 波 器 谐 波 抑 制 阶 跃 阻 抗 谐 振 结 构
参考文献 ［１］Ｃｒｉｓｔａｌ Ｅ Ｇ， Ｆｒａｎｋｅｌ Ｓ， Ｈａｉｒｐｉｎ－ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｈｙｂｒｉｄ ｈａｉｒｐｉｎ－ ｌｉｎｅ／ｈａｌｆ－ ｗａｖｅ ｐａｒａｌｌｅｌ－ ｃｏｕｐｌｅｄ－ ｌｉｎｅ ｆｉｌｔｅｒｓ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．， １９７２， ２０： ７１９－ ７２８ ［２］Ｇｒｉｏｌ， Ａ．； Ｍａｒｔｉ， Ｊ．； Ｓｅｍｐｅｒｅ， Ｌ．； Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｒｉｎｇ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ｓｐｕｒ－ ｌｉｎｅ ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ， Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌｕｍｅ ３７， Ｉｓｓｕｅ ９， ２６ Ａｐｒｉｌ ２００１ Ｐａｇｅ（ｓ）：５７２－ ５７３ ［３］Ｌｉ－ Ｍｉｎ Ｗａｎｇ； Ｃｈｉｏｕ， Ｓ．Ｍ．； Ｃｈｕ， Ｍ．Ｌ．； Ｗｕ， Ｃ．Ｗ．； Ｃｈａｎｇ， Ｍ．Ｃ．； Ｈｓｕ， Ｃ．－ Ｉ．Ｇ．； Ｈｓｉｅｈ， Ｄ．Ｓ．； Ｊａｕ－ Ｈａｎ Ｃｈｅｎ； Ｃｒｏｓｓ－ Ｃｏｕｐｌｅｄ ＹＢＣＯ Ｆｉｌｔｅｒｓ Ｗｉｔｈ Ｓｐｕｒｉｏｕｓ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｔａｐ－ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｋｅｗ－ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｆｅｅｄｓ， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｏｌｕｍｅ １７， Ｉｓｓｕｅ ２， Ｐａｒｔ １， Ｊｕｎｅ ２００７ Ｐａｇｅ（ｓ）： ８９４－ ８９７ ［４］Ｌｏｐｅｔｅｇｉ， Ｔ．； Ｌａｓｏ， Ｍ．Ａ．Ｇ．； Ｆａｌｃｏｎｅ， Ｆ．； Ｍａｒｔｉｎ， Ｆ．； Ｂｏｎａｃｈｅ， Ｊ．； Ｇａｒｃｉａ， Ｊ．； Ｐｅｒｅｚ－ Ｃｕｅｖａｓ， Ｌ．； Ｓｏｒｏｌｌａ， Ｍ．； Ｇｕｇｌｉｅｌｍｉ， Ｍ．； Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ＂ｗｉｇｇｌｙ－ ｌｉｎｅ＂ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｓ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｓｐｕｒｉｏｕｓ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ， Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ＩＥＥＥ， Ｖｏｌｕｍｅ １４， Ｉｓｓｕｅ １１， Ｎｏｖ． ２００４ Ｐａｇｅ（ｓ）：５３１－ ５３３ ［５］Ｓａｇａｗａ Ｍ， Ｔａｋａｈａｓｈｉ Ｋ， Ｍａｋｉｍｏｔｏ Ｍ， Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｈａｉｒｐｉｎ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｉｌｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｆｒｏｎｔ２ｅｎｄ Ｍ ＩＣ’ｓ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．１９８９， ３７： １９９１－ １９９７ ［６］Ｃｈｉｎｇ－ Ｌｕｈ Ｈｓｕ ａｎｄ Ｊｅｎ－ Ｔｓａｉ Ｋｕｏ， Ａ Ｔｗｏ－ Ｓｔａｇｅ ＳＩＲ Ｂａｎｄｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ Ｗｉｔｈ ａｎ Ｕｌｔｒａ－ Ｗｉｄｅ Ｕｐｐｅｒ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｂａｎｄ， Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ＩＥＥＥ Ｖｏｌｕｍｅ １７， Ｉｓｓｕｅ １， Ｊａｎ． ２００７ Ｐａｇｅ （ｓ）： ３４－ ３６ ［７］Ｔａｎｇ， Ｃ．－ Ｗ．； Ｃｈｅｎ， Ｍ．－ Ｇ．； Ｗｉｄｅ Ｓｔｏｐｂａｎｄ Ｐａｒａｌｌｅｌ－ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｓｔａｃｋｅｄ ＳＩＲｓ Ｂａｎｄｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒｓ Ｗｉｔｈ Ｏｐｅｎ－ Ｓｔｕｂ Ｌｉｎｅｓ， Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ＩＥＥＥ， Ｖｏｌｕｍｅ １６， Ｉｓｓｕｅ １２， Ｄｅｃ． ２００６ Ｐａｇｅ（ｓ）：６６６－ ６６８
滤波器寄生通带的位置取决于其采用的谐振器结构， 传 统的半波长平行耦合线滤波器和发夹线谐振器滤波器的寄生 通 带 在 ２ 倍 中 心 频 率 处 ， 与 通 带 距 离 很 近 。１９８９ 年 ， Ｓａｇａｗａ 等 人 提 出 了 ＳＩＲ （Ｓｔｅｐｐｅｄ－ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）阶 跃 阻 抗 谐 振 器 ［５］， 通过引入阻抗阶梯跳变， 可以在减小电路尺寸的同时把滤波 器的寄生通带向频率高端推移。此类滤波器的寄生通带多在 ２． ５～３ 倍 中 心 频 率 处 。在 设 计 过 程 中 可 以 采 用 不 同 的 ＳＩＲ 谐 振 器 组 合 而 极 大 改 善 宽 阻 带 特 性 ， 已 经 有 报 道 利 用 ＳＩＲ 技 术 将 阻 带 拓 展 到 ８ 个 倍 频 以 上 ［６］。 如 图 ３ 所 示 。