新型的三频带通滤波器设计方法

电子工程师 2017-12-05 688

RF/无线

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描述

引言

　　随着无线局域网（WLAN）和全球微波接入互操作（Wimax）的迅速发展，多频通信系统将成为今后无线通信的主导发展方向。本文提出了一种新型的三频带通滤波器设计方法，构成该滤波器的谐振腔是通过在通常的开环谐振腔内加载一个倒F型枝节，通过调节该枝节的各段长度及位置就可以实现所需要的三个谐振频率。

1.传统的三频带通滤波器的设计与分析

　　传统的三频带通滤波器通常采用阶梯阻抗谐振腔（SIR），通过调节阶梯阻抗微带线的电长度和特性阻抗，实现三个谐振频率，这种方法设计过程较为复杂，而且需要采用高阻抗微带线才能达到设计目标，这会使设计中的高阻微带线过细，导致加工困难，影响滤波器特性。

2.新颖的倒F型枝节加载开环谐振腔的设计与分析

2.1 结构

　　结构如图1所示，利用外围尺寸La确定谐振腔的基本谐振模式后，只需要通过调节枝节的长度L1和L2及位置Ls和L3，就可以把谐振腔的高次谐振模式调节到所需要的位置，从而实现三频带通滤波器的设计，而不需要改变微带线的宽度，从而有效避免使用太细的微带线进行设计，从而使三频带通滤波器的加工更加容易，有效减小加工误差。

2.2 仿真

　　对该谐振腔利用软件AnSOFt HFSS进行仿真得到其前三个谐振频率随谐振腔结构参数的变化曲线由图2给出。图2（a）绘出了图1结构的谐振腔前三个谐振频率随谐振腔外围尺寸La变化的曲线，并与不加载倒F型枝节的开环谐振腔谐振频率进行比较，分别用withF和withoutF表示。从图2（a）中可以发现，谐振腔的基模谐振频率在两种情况下基本保持一致，而高次谐振模式的频率值由于倒F型枝节的存在发生了明显的变化，可见加载倒F型枝节可以有效的降低高次谐振模式的频率值，而基模的频率可通过不加载倒F型枝节的谐振腔进行初步估计，即改变谐振腔的外围尺寸La调节基模的谐振频率。

　　倒F型枝节加载的开环谐振腔的前三个谐振频率随枝节长度L1变化的曲线由图2（b）给出。从图中可以看出，随着L1的增加，高次模式频率降低，而基模的频率几乎保持不变。因此，在谐振腔外围尺寸不变的条件下，我们可以通过调节枝节长度L1的值改变高次模式频率，以实现所需要的频率比。

2.3 倒F枝节的位置及长度对三频带通滤波器频率比的影响

　　改变枝节的长度参数L1，L2，位置参数Ls和L3，就可以计算出随参数L1变化的高次谐振模式频率f3，f2与基模频率f1的比值f3/f1 和f2 /f1，这种设计方法的频率比的可调范围是比较大的。取Ls=7mm和17mm时，参数L1和Ls对频率比具有较大的影响，而L3=1mm和9mm时，参数L3和L2对频率比的影响相对较小。因此，我们在设计中，可以先调节参数L1和Ls粗略的确定所需要的频率比，再改变参数L3和L2的值进行更为精确的设计，以实现我们的设计目标。

　　从以上的分析可以看出，改变倒F枝节的位置及长度可以实现各种频率比的三频带通滤波器设计，而且该种设计方法结构简单，加工容易，可广泛应用于多频无线通信系统中。

3.结语

　　本文对多频带通滤波器的设计中，提出了一种可实现三通带设计的倒F型枝节加载谐振腔，对它的特性进行了分析研究，通过调节枝节的长度及位置，可实现不同的频率比以适应于多频通信系统的应用。证明了这种方法在设计无线通信系统三频带通滤波器的可实用性。

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