由两个谐振器组合构成的双通带滤波器设计

电子工程师 2018-07-09 5379

模拟技术

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描述

随着无线通信技术的发展，将移动通信与无线网络应用相结合已成趋势。因此微波双通带滤波器的应用越来越广泛，成为无线通信等系统的重要器件。微带双通带滤波器以其体积小、便于集成在电路板上，得到广泛研究。目前，微带双通带滤波器的研究主要以阶梯阻抗微带线构成双频谐振器，通过组合得到双通带滤波器以及将两个单通带滤波器组合到一起，构成双通带滤波器。文中将讨论由均匀微带线构成H型谐振器，可以实现双频谐振。在开口附近调节中间微带线的位置，可方便调节第一谐振频率，而第二谐振频率几乎不变。采用电磁耦合方式将两个谐振器组合可构成双通带微波滤波器。

1 理论分析

H型谐振器为均匀微带线结构，如图1所示。中间微带线置于开口附近实现双频谐振，其中微带线长度分别为各谐振频率的1／2波长。

滤波器

其中，右U型微带结构为低频谐振器即第一谐振器，实现第一谐振频率，上下两条直微带线为高频谐振器即第二谐振器，实现第二谐振频率。在开口附近，调节中间微带线向内移动，则第一谐振频率逐渐增大，而第二谐振频率变化较小，两个谐振频率逐渐靠近，如图2所示。

滤波器

滤波器的馈电方式采用抽头馈电。中间微带线位置固定时，馈电位置相对其向上移动，则双频谐振器对应的两个外部品质因数呈相反趋势变化，如图3所示。

谐振器间采用电磁混合耦合，可增强谐振器间的耦合强度。两谐振器的间距在一定界限范围内时，高频谐振器的耦合强度小于低频谐振器，超过此界限时，其耦合强度大于低频谐振器。谐振器间的耦合系数随间距的变化趋势如图4所示。

滤波器

2 双通带滤波器设计及仿真

综合上述谐振器单元结构，将两个谐振器以开口方向相反的形式组合，通过电磁边缘耦合，构成双通带滤波器，如图5所示。

滤波器

滤波器的带宽由外部品质因数及谐振器间的耦合系数决定。从图3外部品质因数随馈电点位置变化的曲线及图4耦合系数随谐振器间距离变化的曲线可知，在两条外部品质因数交叉点附近调节两个谐振器的间距可得到适当的电磁耦合，实现双通带滤波器。使用Rogers RT6006材料作为基板，其相对介电常数为6．15，厚度为1．27 mm，微带馈线的线宽为1．8 mm，以便得到特征阻抗为50 Ω。滤波器其他尺寸为：W=1．0mm，L0=2mm，L2=21mm，L1=13．2mm，L3=6．0 mm，S=0．87mm。由式（1），式（2）得谐振频率约为1 924 MHz，3 440 MHz。使用Sonnet进行仿真，结果如图6所示。

滤波器

得到的中心频率分别为1 994 MHz，3 272 MHz，中心带宽插损最小值分别为0．39 dB，0．35 dB。在双通带之间引入一个传输零点，增强两个通带的隔离度。在两个通带外分别有一个传输零点，增强带外抑制能力。因为谐振器两臂之间的距离近，相互之间存在较大的电磁干扰，使得谐振器的两个谐振频率点与理论计算值产生偏移。

3 结束语

文中分析了H型谐振器，将两个谐振器组合构成双通带滤波器。通过调节中间微带线的位置，可方便地调节滤波器的第一通带中心频率，而几乎不改变第二通带中心频率。此双通带滤波器在设计和制作上简便易行。

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