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一種雙通帶微帶濾波器的設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間：2022-12-31 00:00:00 瀏覽：1518次

摘要設(shè)計(jì)了由兩個(gè)H-諧振器以邊緣耦合方式組成的雙通帶濾波器。在兩條平行微帶線之間橋接一條微帶線，構(gòu)成一個(gè)雙頻諧振器。隨著饋電位置與中間微帶線間距的增大，雙頻諧振器的兩個(gè)外部品質(zhì)因數(shù)呈相反的趨勢(shì)變化。隨著兩個(gè)諧振器間距的增大，雙頻諧振器間對(duì)應(yīng)的兩個(gè)耦合系數(shù)逐漸減小。由此特性，將兩個(gè)諧振器組合可構(gòu)成雙通帶濾波器。

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，將移動(dòng)通信與無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相結(jié)合已成趨勢(shì)。因此微波雙通帶濾波器的應(yīng)用越來越廣泛，成為無線通信等系統(tǒng)的重要器件。微帶雙通帶濾波器以其體積小、便于集成在電路板上，得到廣泛研究。目前，微帶雙通帶濾波器的研究主要以階梯阻抗微帶線構(gòu)成雙頻諧振器，通過組合得到雙通帶濾波器以及將兩個(gè)單通帶濾波器組合到一起，構(gòu)成雙通帶濾波器。文中將討論由均勻微帶線構(gòu)成H型諧振器，可以實(shí)現(xiàn)雙頻諧振。在開口附近調(diào)節(jié)中間微帶線的位置，可方便調(diào)節(jié)第一諧振頻率，而第二諧振頻率幾乎不變。采用電磁耦合方式將兩個(gè)諧振器組合可構(gòu)成雙通帶微波濾波器。

1 理論分析

H型諧振器為均勻微帶線結(jié)構(gòu)，如圖1所示。中間微帶線置于開口附近實(shí)現(xiàn)雙頻諧振，其中微帶線長度分別為各諧振頻率的1／2波長。

其中，右U型微帶結(jié)構(gòu)為低頻諧振器即第一諧振器，實(shí)現(xiàn)第一諧振頻率，上下兩條直微帶線為高頻諧振器即第二諧振器，實(shí)現(xiàn)第二諧振頻率。在開口附近，調(diào)節(jié)中間微帶線向內(nèi)移動(dòng)，則第一諧振頻率逐漸增大，而第二諧振頻率變化較小，兩個(gè)諧振頻率逐漸靠近，如圖2所示。

濾波器的饋電方式采用抽頭饋電。中間微帶線位置固定時(shí)，饋電位置相對(duì)其向上移動(dòng)，則雙頻諧振器對(duì)應(yīng)的兩個(gè)外部品質(zhì)因數(shù)呈相反趨勢(shì)變化，如圖3所示。

諧振器間采用電磁混合耦合，可增強(qiáng)諧振器間的耦合強(qiáng)度。兩諧振器的間距在一定界限范圍內(nèi)時(shí)，高頻諧振器的耦合強(qiáng)度小于低頻諧振器，超過此界限時(shí)，其耦合強(qiáng)度大于低頻諧振器。諧振器間的耦合系數(shù)隨間距的變化趨勢(shì)如圖4所示。

2 雙通帶濾波器設(shè)計(jì)及仿真

綜合上述諧振器單元結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)諧振器以開口方向相反的形式組合，通過電磁邊緣耦合，構(gòu)成雙通帶濾波器，如圖5所示。

濾波器的帶寬由外部品質(zhì)因數(shù)及諧振器間的耦合系數(shù)決定。從圖3外部品質(zhì)因數(shù)隨饋電點(diǎn)位置變化的曲線及圖4耦合系數(shù)隨諧振器間距離變化的曲線可知，在兩條外部品質(zhì)因數(shù)交叉點(diǎn)附近調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振器的間距可得到適當(dāng)?shù)碾姶篷詈?，?shí)現(xiàn)雙通帶濾波器。使用Rogers RT6006材料作為基板，其相對(duì)介電常數(shù)為6．15，厚度為1．27 mm，微帶饋線的線寬為1．8 mm，以便得到特征阻抗為50 Ω。濾波器其他尺寸為：W=1．0mm，L0=2mm，L2=21mm，L1=13．2mm，L3=6．0 mm，S=0．87mm。由式(1)，式(2)得諧振頻率約為1 924 MHz，3 440 MHz。使用Sonnet進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖6所示。

得到的中心頻率分別為1 994 MHz，3 272 MHz，中心帶寬插損最小值分別為0．39 dB，0．35 dB。在雙通帶之間引入一個(gè)傳輸零點(diǎn)，增強(qiáng)兩個(gè)通帶的隔離度。在兩個(gè)通帶外分別有一個(gè)傳輸零點(diǎn)，增強(qiáng)帶外抑制能力。因?yàn)橹C振器兩臂之間的距離近，相互之間存在較大的電磁干擾，使得諧振器的兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)與理論計(jì)算值產(chǎn)生偏移。

3 結(jié)束語

文中分析了H型諧振器，將兩個(gè)諧振器組合構(gòu)成雙通帶濾波器。通過調(diào)節(jié)中間微帶線的位置，可方便地調(diào)節(jié)濾波器的第一通帶中心頻率，而幾乎不改變第二通帶中心頻率。此雙通帶濾波器在設(shè)計(jì)和制作上簡便易行。