小型微带耦合步进阻抗谐振超宽带滤波器设计

图 ５ 滤 波 器 群 时 延 仿 真
从 图 ５中可 以看 出 ， ３ １～１ ． Ｈ 在 ． ０ ６Ｇ ｚ通 带 范
围 内具 有 良好 的群 时延 特 性 ， 带 时 延 在超 宽带 频 通
域 内能够控制在 ０３ Ｓ 并且能稳定在 ０２ ｓ ．５Ｈ 内， ．１ｎ 上， 符合设计要求 。 但是 ， 我们也可以从图４中看 出在 １ Ｇ ｚ ７ Ｈ 左右 开始 出现了比较严重 的寄生通带 ， 虽然寄生通带没
不 同形 状 的对 称 ＳＲ进 行 耦 合 ， 能 够 获 得 超 Ｉ 也 宽带 频段 ¨ 。步 进 阻 抗 谐 振 器 能 扩 大 一 次谐 振 模 与二 次谐 振模 之 间 的 间 隔 ， 而有 效 加 宽 主 要 通 带 从 的截 止 频 宽 Ｊ 。为 了设 计 通 带 较 宽 的 滤 波 器 ，Ｉ ＳＲ 的基 本结 构 和适 合 的 高 阶 谐 振 模 式 应 与 实 际 的 通
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宽分 别为 ７ ８ｍｍ和 １０ 的微带 线 。 ． ．８ｍｍ
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小 型微 带耦 合 步 进 阻抗谐 振 超 宽 带滤 波 器设 计
汪仲 清 邬 墨家 曹 昶 刘志伟 李 宝 ， ， ， ，
（ ．重庆邮电大学 数理学院 ， １ 重庆 ４ ０６ ２ ０ ０５；．重庆邮 电大学 光 电工程学院 ， 重庆 ４ ０６ ） ００ ５
带范 围密 切 相关 。
鉴 于二 次 模 及 其 以上 的 模 会 导 致 多 波 段 杂 散 谐 波 的产 生 ¨ 本文 的滤 波器 设计 只 考 虑使 用 一 次 ，
模 来 形成 超 宽 带 频 域 通 带 。带 通 型 滤 波 器 的无 源
电路设 计 通 常是 使 用 电感 与 电容 间 的相 互 耦 合 形 成 通 带 ， 确 定 滤 波 器参 数指 标 后 ， Ａ Ｓ软 件 中 在 由 Ｄ 的工具 ＬｎＣ ｌ 算 微 带 线 长 度 ， 经 过 大 量 仿 真 ｉｅ ａ 计 再
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有 出现在 超宽带 频 域 内 ， 但其 存 在 仍 然会 对整 个 系 统带来 一定 影 响 ， 以如何 有 效 去 除 寄 生通 带 也 是 所
超宽 带滤 波器 设 计 需 要 考 虑 的重 要 方 面 。无 线 局
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摘
要 ： 宽带技术是极具发展前景的一种无线通信技 术 ， 超 其频段 为３ １～１． Ｈ ， ． ０６Ｇ ｚ 中心频率 为６ ８ Ｈ ， ．５Ｇ ｚ 相对带
宽达到 １９ 。设计 了一种耦合步进 阻抗谐振超宽带滤波器 ， 真结果表 明该 滤波器在 超宽 带频 带 内插入损 耗低 ０％ 仿 于１ １ Ｂ 回波损 耗高于１ Ｂ 在谐振 频率处最低接 ５４ Ｂ， 时延小 于０ ３ ｓ ．０ｄ ， ０ｄ ， ７ ０ｄ 群 ｒ ＿ ．５ｎ 左右且保持稳 定 ， 得到 了较 好 的
速发展 。滤波器作为通信系统的重要组成部件 ， 得
到 了很 大 的关 注 ，Ａ ＳＳ等 人 提 出 了共 面 波 导 Ｊ ＭＥ
（ ｏ ｌ ａ ｗ ｖｇ ｉｅ Ｃ ） ｅｐａ ｒ ａｅｕｄ ， Ｗ 结构 ， 种 结 构通 过 级 ｎ 这
１ 微 带步 进 阻抗 谐 振耦 合 滤 波 器 设 计
损耗 ｔ ：０００２的陶瓷基板 上完成 。滤波器 １２ ａ ．０ ／ 波长低 阻抗传输 线选 择 了长 和宽 分别 为 ７３ 和 ．４ｍｍ １０ ｉ ．８ｍｎ的微 带线 。１４波 长 高 阻 抗 传 输 线 选 择 了 ／ 长 和宽分 别 为 ４ １ ｍ 和 ０ １ｍ 的微 带线 。在步 ．５ｍ ． ｍ 进阻抗谐 振器两 端的高 阻抗 线上方又 添加 了 ２条 １４ ／ 波长 高阻抗 线 与之 产 生耦 合 ， 耦合 长 度 为 ３９ ｍ。 ．５ｍ 为 了使 两线达到 紧密 的耦合程 度 ， 带线 和 ２条 微带 微
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２ 仿 真 结 果及 分 析
通 过 Ｈ Ｓ 件对 该设计 滤 波器 模 型进 行 全 波 Ｆ Ｓ软 电磁 仿 真 ， 件 设 置 从 ０～ ０ Ｇ ｚ 行 扫 频 ， 含 软 ２ Ｈ 进 包 ２０个扫 频点 。图 ３是 小 型耦 合 步 进 阻抗 谐 振 超 宽 ０ 带 滤波 器在 Ｈ Ｓ Ｆ Ｓ中的仿 真模 型 图。 图 ４显 示其 能 够 在超 宽 带 频 域 内获 得 较 低 的 插 入 损 耗 和 较 高 的
延在设 计 频 段 内抖 动 较 为 明显 。多模 谐 振器
（ ｕ ｉｌ．ｏｅｒｓｎｔｒ ＭＭＲ） ｍ ｈｐｅｍ ｄ ｅｏａ ， ｏ 的微 波 滤波 器 得 到 了广 泛 的研 究 ， 文献 ［ ］ ［ ］ 别使 用 了三 次模 和 ６和 ７分
图 １ 步 进 阻 抗谐 振 器 基本 结构 图
波 长 的低 阻抗 传 输 线 ， 表 示 其 阻抗 ， 端 是 １４ ｚ 两 ／
步 进 阻抗 谐振 器 的阻抗 。
ＪＭ等 人引 入 了级 联 电 磁 带 隙结 构 （ｌｃｏ ａｎｔ ｅ ｔ ｍ ｇｅｉ ｅｒ ｃ
ｂｎ —ａ ， Ｂ ［ ， ａ ｄｇｐ Ｅ Ｇ）４ 设计 出 的滤 波 器 回波损 耗 可 以 １ 接 近 一 ０ｄ ， 且可 以通过 调节 缺 口尺寸进 而调 节 ７ Ｂ 并
通频性能 。
关 键 词 ： 宽 带 滤 波 器 ； 跃 谐 振 阻抗 器 ； 线通 信 超 阶 无
０ 引 言
随着无 线通信 的发展 和 电磁频谱 的扩 展 ， 超宽 带 频段 逐渐 引起 了人 们 的注 意 。２０ ０２年 ， 国联 邦 通 美
信 委 员 会 （ｅ ｅ ｌ ｏ ｍ ｎｃｔ ｎ ｏ ｍｉ ｉ ，Ｆ Ｃ） ｆｄｒ ｍ ｕ ｉａ ｏｓｃｍ ｓ ｏ Ｃ ａｃ ｉ ｓｎ 解 禁 了 ３ １～１． Ｈｚ 段 ¨ 相 应 的研 究 开 始 迅 ． ０６Ｇ 频 ，
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图 ４ 滤 波 器 Ｓ参 数 仿 真
图 ５是 该滤 波 器群 时延仿 真结 果 。
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导布局 ， 同样获得 了较好的超宽带性能 ， 但是上述滤
波 器在实现微带 电路设计 时都较为复 杂 ， 工艺制 作要
求 相对较高 。本 文提 出 了一种 较为 简单 的小 型耦 合
步进阻抗谐振器 的设计 ， 能够使滤波器 的超宽带 插入 够稳定在 ０ ４ｎ 以下 。 ． ｓ
损耗在 １５ｄ ． Ｂ以 内 ， 回波 损耗 大于 １ Ｂ， 时 延 能 ０ｄ 群
ｊ ｇ ＩＥ ２ ０ ：１７ —３５ ｉ ： Ｅ Ｅ， ０ ８ ３ ３１７ ． ｎ
［ ］ Ｌ Ｎ ５ Ｕ Ｇ Ｈ Ｈ，Ｃ Ａ Ｇ Ｋ ｏ ａｔ ｏ ｎｅ ｉｎｌｓ， Ｈ Ｎ ．Ｃ ｍｐｃ，Ｌｗ Ｉｓｒｏ— ｓ ｔ ｏ
Ｓ ａ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ・ａｄＭｉ ｏｔｐＢ ｎ ｐｓ Ｆｌ ｈ ｒ Ｒ ｊ ｔｎａｄＷｉｅｂｎ ｃ ｓｉ ａ ｄａｓ ｉ ｐ ｅｉ － ｒ ｒ － －
步进 阻 抗谐 振 器 （ｔｐ ｅ — ｐ ｄ ｎｅｒｓｎｔｒ ｓ ｐ ｄｉ ｅａ ｃ ｅｏ ａ ， ｅ ｍ ｏ
联能 够获得 非 常好 的低通 特性 ； ＢＨ Ｌ等 人将这 种 Ｈ 新型 的共 面波 导 ＿扩 展 到 与微 带 耦合 ， ３ 采用 双 面 贴 片设 计 出 的滤 波 器 回波 损 耗 在 仿 真 中能 够 达 到 接
线之 间的距离分 别选择 ０ １ ｉ 和 ０ ０ ｍ。两侧 边 ． ｌ ｍｌ ．５ｍ 上接 人特 性 阻抗 为 ５ 的输入 输 出端 口， ０Ｑ 选择 长 和
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图 ２ 耦 合 步 进 阻抗 谐 振 超 宽 带滤 波 器 整 体 布 局
波长高阻抗传输线 ， 阻抗 由ｚ 表示 ，。 ｚ 是代表整个
谐 振频 率 的位 置 ， 这 种 结 构 制 作 工 艺 相 对 复 杂 ； 但
ＨＳＥ ＩＨ ＬＨ等 人采 用 了 ３个 环行 谐 振 器 连 接 ， 增 并 加 了开 路短 支 节 调 节 ， 现 了超 宽 带 频 段 ， 群 时 实 但
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确 定 了微 带线 尺寸 ， ２显 示 了滤 波 器 结 构 的 整体 图 布 局 。整个 滤波器 的体 积 约 为 ６ｍ × ２０ ｍ ｘ１ ｍ ３．４ｍ
ｍ ｍ，中心 频 率 在 ６ ８ Ｈ ． ５ Ｇ ｚ左 右 ， 部 电路 设 计 是 全 在 相对介 电 常数 ＝ １ ． 厚度 ｈ＝１０ｍｍ， ０ ８， ． 正切
近 一 ０ｄ ， 测 结果 大概 在 一３ Ｂ左 右 ； Ｕ Ｎ ６ Ｂ 实 ６ｄ Ｈ ＡＧ
ＳＲ） Ｉ 就是通 过特 性 阻抗 和 电学 长 度进 阶性变 化 ， 获
得 不 同的谐 振特 性 ， 献 ［ ］ 文 ９ 中对 ＳＲ有 比较 详 细 Ｉ
的介绍 ， 基 本 结 构 如 图 １所 示 。 中间 是 一 个 １２ 其 ／
步进 阻抗 谐 振 器 （ Ｉ 常 见 的类 型 有 １４Ａ ＳＲ） ／ ，
四次模设计 ； Ａ ｎ 等人 在多模谐振结构的基 Ｇ ＯＪ ｇ ｉ 础上将 ２ 个相同的谐振结构并行排列形成 了共面波
收稿 日期 ：０ １ ４ １ ２ １ — —８ ０
— —
１２Ａ ／ 和 Ａ 对 ＳＲ进 行描 述 的一个 电学参 数 就是 ， Ｉ
图 ３ 耦 合 步进 阻 抗 谐 振 超 宽 带 滤 波 器 仿 真 模 型
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不同阻抗之间的比 ， 值 称为阻抗率（ ｐｄｎｅ ａｏ ， ｉ ｅａｃ ｒ ｉ） ｍ ｔ
用 Ｒ 表示 ， ： 其公式如下
８ —— ＤＩ Ｔ ２ ＧＩＡＬＣＯＭＭＵ Ｃ ＴＩ ／ ０ ＮＩＡ ＯＮ ２ １ ８ １
Ｚ
Ｒ：
回波 损耗 ， 入损耗 ５ 最 高 为 一１１ Ｂ左 右 ， 回 插 ．０ｄ 而 波 损耗 ｓ 都在 一１ Ｂ以下 ， 带有 ５个传 输极 点 ， ０ｄ 并 在 中心频 率 ６ ８ Ｈ ．５Ｇ ｚ附近接 近 一 ０ｄ ４ Ｂ左 右 ， 有 具 良好 的超宽 带通 频特 性 ， 到 了设 计要 求 。 达