带阻滤波器设计

《射频电路设计》

课程设计报告

课程题目：可调反射零点的微带带阻滤波器设计姓名：

指导老师：

专业：电磁场与微波技术

学号： B********

可调反射零点的微带带阻滤波器设计

一、引言

带阻滤波器是微波滤波器的一种，它的性能的好坏会对整个系统有很大的影响。在大多数微带设备中，我们一般使用微带带通滤波器来使得工作频段信号的损耗尽可能小，并且需要大大抑制不需要的干扰信号。但是如果出现的干扰信号过大，此时使用一般的带通滤波器就无法对该干扰信号有足够的抑制效果，此时就必须采用专门用于抑制干扰信号的滤波器，即带阻滤波器。另外，如果在某个频点上要求有足够高的抑制，那么使用带阻滤波器要比使用一般的带通滤波器更加有效。

本文利用开路支节在方形微带回路谐振器中的频率响应设计了一款三模微带带阻滤波器，谐振频率为2.45G，相对带宽为25.7%。滤波器的结构由如下几部分组成：微带环形谐振器、四个开路支节（一对水平放置，一对垂直放置，分别位于谐振器内部）。这些支节不仅可以调节阻带的反射极点还可以获得小型化。中心反射极点取决于水平放置的支节，而其他两个反射极点则取决于垂直放置的两个支节。此外，这种结构的滤波器还可以通过调节支节的长度来改变反射零点。

二、滤波器设计过程

1. 理论模型

(a)(b)

图1 (a)偶模等效电路 (b)奇模等效电路

(a) (b)

图2 (a)水平支节 (b)半个垂直支节

图3 三模带阻滤波器结构

带阻滤波器的偶模和奇模的等效电路分别如图1 (a)和(b)所示。h Z 和v Z 分别表示水平支节和垂直支节的阻抗。由于对称轴讲垂直支节分成两半，其中一半的阻抗可表示为偶模的阻抗。对于水平支节和垂直支节，传输线的阻抗和电长度的描述分别如图2 (a)和(b)所示。

利用图1(a)的等效模型，偶模的谐振条件可表示为：

)cot()tan()tan()

tan()tan()cot(2131121123222121=+---+s s s s s s s s s s s Z Z Z Z Z Z Z θθθθθθθθ (1a)

或者， 0)tan(2)cot(321=-+s s s θθθ (1b)

此外，利用图1(b)的等效模型，奇模的谐振条件可表示为：

0)tan(2)cot(321=-+s s s θθθ

(2)

2. 滤波器仿真与分析

仿真使用Ansoft 公司的HFSS 软件进行，此软是Ansoft 公司为了高效地进行产品研发生产而开发的一款EDA 软件，界面友好，功能强大，仿真手段和方法多样化，基本上能满足现代射频电路以及天线设计的需要，已经成为如今仿真过程中最常用的辅助设计工具之一。

图4 仿真模型 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50Freq [GHz]-50.00

-40.00

-30.00

-20.00

-10.00

0.00Y 1

HFSSDesign1XY Plot 5Curve Info

dB(S(1,1))

Setup1 : Sw eep

dB(S(2,1))

Setup1 : Sw eep

图5 S11和S21参数

三模带阻滤波器的结构如图3所示，仿真模型如图4所示。此微带滤波器的介质基板采用RT/Duroid,其相对介电常数为6.15，基板厚度为1.27mm ，输入、输出阻抗端均为50 。从结构图中可以看出，l1=6.0mm ，l2=3.8mm ，W2=W3=W4=0.4mm 以及g=0.2mm ，开路支节分别为水平支节和垂直支节，其长度分别为v l 和h l 。

图6 有垂直支节和没有垂直支节的频率响应

如图6所示为此结构滤波器在有垂直开路支节和没有开路支节情况下的S11和S21的参数对比。从图中我们可以看出，一个反射极点是由水平放置的开路支节引起的，而另外两个反射极点则是由垂直放置的开路支节引起的。

图7 支节的不同长度对应的S11和S21

图7所示的是不同长度的支节所对应的频率变化，从中我们可以看出，反射零点和反射极点可以通过改变垂直支节和水平支节的长度v l 和h l 来调节。当v l 大于h l 时，一对反射零点将偏向阻带的右侧。当v l 小于h l 时，一对反射零点则偏向阻带的左侧。此外，当所有开路支节都相等时，一对零点则位于阻带的两侧。

三、总结

本文设计了一款带有对称式开路支节的三模带阻滤波器，其尺寸为15.8×15.82mm ,开路支节的长度v l 和h l 均为5.4mm ，中心频率为2.45G,相对带宽为25.7%。分析了开路支节对该滤波器频率的影响，该滤波器可以分别改变水平支节h l 和垂直支节v l 的长度来调节反射零点在阻带附近的位置，因此，反射零点的位置与开路支节息息相关。