微带线带通滤波器的研究

基于ADS的平⾏耦合微带线带通滤波器的设计

基于ADS的平⾏耦合微带线带通滤波器的设计

摘要：本⽂介绍了平⾏耦合微带线带通滤波器的电路结构，阐述了设计带通滤波器的⽅法，最后给出了相对带宽为10%的滤波器设计的实例及仿真分析结果，证明了该⽅法的可⾏性和便捷性。

关键词: ADS; 微带线；带通滤波器；优化0 引⾔

微带滤波器具有⼩型化、⾼性能、低成本等优点，在射频电路系统设计中得到⼴泛的应⽤。其主要技术指标包括传输特性的插⼊损耗及回波损耗，通带内的相移与群时延，寄⽣通带等参数。传统的设计⽅法是通过经验公式和查表来求得相关参数，⽅法繁琐且精度不⾼。近年来，随着射频CAD软件的不断发展，微带滤波器的设计也进⼊了⼀个全新的阶段。借助CAD软件可以避开复杂的理论计算，进⼀步精确和调整设计参数，确保设计出的滤波器特性符合技术要求。本⽂通过ADS软件对平⾏耦合微带线带通滤波器进⾏优化仿真设计，证明了该⽅法的可⾏性和便捷性。1微带带通滤波器的理论设计⽅法

1.1 微带带通滤波器主要指标和基本设计思想

微带滤波器的主要技术指标包括以下⼏个:(1) 通带边界频率与通带内衰减、起伏, 以及阻带边界频率与阻带衰减;

(2) 通带的输⼊电压驻波⽐;

(3) 通带内的相移与群时延;

(4) 寄⽣通带, 它是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的, 即离设计通带⼀定处⼜产⽣了通带。

微波带通滤波器应⽤⼴泛, 结构多样, 但以微带线实现带通滤波器的结构种类有限, 为此,本⽂以平⾏耦合微带线为例来设计微带带通滤波器。由于单个带通滤波器单元不能提供良好的滤波响应及陡峭的通带- 阻带过渡, ⽽通过级连基本的带通滤波器单元则可以得到⾼性能的滤波效果。图1所⽰是⼀种多节耦合微带线带通滤波器的结构⽰意图, 这种结构不要求对地连接, 因⽽结构简单, 易于实现, 这是⼀种应⽤⼴泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄(⼩于1mm) 的介质基⽚上;其纵向尺⼨虽和⼯作波长可以⽐拟, 但采⽤⾼介电常数的介质基⽚则可使线上的波长⽐⾃由空间缩⼩⼏倍; 此外, 整个微带电路元件共⽤⼀个接地板, 且只需由导体带条构成电路图形, 因⽽结构⼤为紧凑, ⼤⼤减⼩了其体积和重量。多节耦合微带线带通滤波器的结构⽰意图

总第１５６期　２００６年第６期　舰船电子工程　ＳＩｔｉｐ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　—　一一—●：＝：＝＝＝　＝：　＝＝＝　！！！！　＝＝＝—＝　Ｖｏ『．２６　Ｎｕ．６　ｌ４０　

分形微带带通滤波器的研究和设计　

章晓卿尹秋艳杨小丽　

（华东师范大学电子系上海２０００６２）　

摘要　目前，微波滤波器的小型化已成为一个热门的研究领域，在小型化基础上提高性能是滤波器研究的主要内　容。因此，发展高性能，研究小型化的微波滤波器是当前十分热门的课题。在传统和其他结构的微带带通滤波器的基础　上，结合分形概念，提出新型结构的做带带通滤波器。该结构很好解决传统滤波器的辐射损耗和体积大等问题。文中利用　上述研究，在滤波器原型基础上，设计并仿真一次分形和二次分形的滤波器结构，结果满足设计要求。　

关键词分形；小型化；微带带通滤波器　中图分类号ＴＮ９１４　

Ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　Ｂａｎｄｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｆｒａｃｔａｌ　Ｓ￣ｃｔｕｒｅ　

Ｘｉａｏｑｉｎｇ　ＹＭ　Ｑｉｕｙａｎ　Ｙａｎｇ　Ｘｉａｏｌｉ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｅｔｒｉｃｓ，Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｎｏｍｍｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｌｍｉ　２０００６２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅ　ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｆｄｔｅｒ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｈｏｔ　ｓｔｕｄｙ　ｆｉｅｌｄ，ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｆｉｌｔｅｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　

ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｓｏ，ｄｅｖｅｌｏｐ　ｔｏｉｌ，　ｔｙ，￣ｔｕｄｙ　ｍｌｎｉａｔｍ＇ｉｚｅｄ　ｆｉｈｅｒ　ｉｓ　ａ　ｈｏｔ　ｓｔｕｄｙ　ｔａｓｋ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｄｖａｎｃｅ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｍｉｅｒｏｓｔｒｉｐ　ｆｉｌｔｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｆｒａｃｔａｌ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｏｉｌｉｅｒ　ｋｉｎｄ　ｆｉｌｔｅｒｓ．Ｔｈｅ　ｓｔｍｃｔｍ＇ｃ　ｓｏｌｖｅｓ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｌｏｓｓ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｓｉｚｅ　

第５ｌ卷第１１期　２０１１年１１月　电讯技术　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．５１　Ｎｏ．１ｌ　ＮＯＶ．２０ｌ１　文章编号：１００１—８９３Ｘ（２０１１）１１—００８９—０５　多带外传输零点微带带通滤波器设计　蔡得水　，雷振亚　，谢拥军　，一，宁高利　（１．西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，西安７１００７１；２．北京航空航天大学电磁兼容实验室，北京１０００８３）　摘要：设计了一种梳状微带平行耦合线窄带带通滤波器，仅应用两腔结构就实现了带外５个传输　零点。通过微带线开路枝节，平行耦合线结构，以及馈电位置和两个梳状线谐振器之间的耦合，在通　带附近引入了３个传输零点；四分之一波长平行耦合线接地短路结构，在带外高频产生额外两个传　输零点，进而可有效抑制零点频率附近的杂波干扰。实测结果表明，设计的滤波器中心频率为　２．３８　ＧＨｚ，相对带宽４．５％，对低频抑制大于２２　ｄＢ，带外５个零点位置与计算仿真结果吻合很好。该　新型滤波器结构简单紧凑，带外抑制高。　关键词：微带带通滤波器；传输零点；微带耦合线；开短路枝节　中图分类号：ＴＮ７１３　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９３ｘ．２０１１．１１．０１８　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　Ｂａｎ＠ａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ａｉ＇ａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｚｅｒｏｓ　ＣＡＩ　Ｄｅ—ｓｈｕｉ　，删Ｚｈｅｎ—ｙａ　，ＸＩＥ　Ｙｏｎｇ－ｊｕｎ　２，ＮＩＮＧ　Ｇａｏ—ｌｉ　（１．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｎｔｅｎｎａ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ，Ｘｉｄｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ　ａｎ　７１００７１，Ｃｈｉｎａ；　２．ＥＭＣ　Ｌａｂ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ｈａｉｒｐｉｎ　ｐａｒａｌｌｅｌ－ｃｏｕｐｌｅｄ　ｎａｒｒｏｗ—ｂａｎｄ　ｂａｎｄｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ（ＢＰＦ）ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｕｓｅｓ　ｏｎｌｙ　ｔｗｏ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｆｉｖｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｚｅｒｏｓ；Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｐｅｎ—ｃｉｒｃｕｉｔｅｄ　ｓｔｕｂｓ，ｔｈｅ　ｏｐｅｎ—ｃｉｒｃｕｉｔｅｄ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｏｕｐｌｅｄ—ｌｉｎｅｓ，ｔａｐｐｅｄ　ｆｅｅｄｉｎｇ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｗｏ　ｈａｉｒｐｉｎ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ，ｔｈｒｅｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｚｅｒｏｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｉｃｉｎｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｓｓｂａｎｄ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｗｏ　ｑｕａｒｔｅｒ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｏｕｐｌｅｄ—ｌｉｎｅｓ　ｓｈａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｖｉａ　ｈｏｌｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｃａｎ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ　ｔｗｏ　ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｚｅｒｏｓ　ｂｅｙｏｎｄ　ｔｈｅ　ｐａｓｓｂａｎｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｒｌ　ｓｕｐ－　ｐｒｅｓｓ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｚｅｒｏ　ｐｏｉｎｔｓ．Ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｉｌｔｅｒ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｏｆ　４．５％ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｅｒ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　２．３８　ＧＨｚ　ａｎｄ　ａ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｏｕｔ—ｂａｎｄ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　２２　ｄＢ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｂａｎｄ．Ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｖｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｚｅｒｏｓ　ａｇｒｅｅ　ｗｅｌｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｂａｎｄｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　ｈａｓ　ｓｕｃｈ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｓ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｓｉｚｅ，ｓｉｍｐｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｓｅｌｅｃ－　ｔｉｖｉｔｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｏｐｂａｎｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ｂａｎｄｐａｓＳ　ｆｉｌｔｅｒ（ＢＰＦ）；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｚｅｒｏｓ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｌｉｎｅｓ；ｏｐｅｎ　ｏｒ　ｓｈｏｒｔ　ｓｔｕｂｓ　１　引　言　微波滤波器广泛应用于雷达导航、微波通信、卫　星接收、电子对抗、测试仪表等系统中，］Ｆ一代移动　和卫星通信系统对微波滤波器的小型化、高选择性　提出了新的要求。在滤波器的阻带产生传输零点可　有效地提高带通滤波器的带外特性…。对于微带带　※收稿日期：２０１１—０７—１１；修回日期：２０１１—０９—０２　通滤波器，可以采用多种技术手段来得到带外传输　零点，例如由环形谐振器结构组成的双通带滤波　器　２，应用ＣＳＲＲ环结构＿３＿３，采用抽头耦合结构ｌ　Ｊ和　在不相邻谐振腔之间引入交叉耦合的结构ｌ５Ｉ６ｊ。文　献［７］中设计的带通滤波器只利用开路枝节产生传　输零点，并没有考虑各种耦合类型的影响。微带带　通滤波器应用电耦合梳状线结构＿８．９　Ｊ，不对称的输　入输出馈线分别接人第一和最后一个谐振器，这种　・８９・

现代电子技术ModernElectronicsTechnique2023年6月1日第46卷第11期Jun.2023Vol.46No.11

0引言

随着信息时代的飞速发展，各种通信需求不断呈

现，相应的各类通信系统也应运而生，例如GSM（全球

移动通信系统）、3G（第三代移动通信系统）、4G（第四代

移动通信系统）、5G（第五代移动通信系统）等。通信系

统随着技术发展而更新迭代，对于射频前端器件的要求

也日新月异。微带带通滤波器是一种常用的无源器件，

在滤除杂波、减小干扰、频率选择等应用中起到非常关

键的作用[1]。交指型带通滤波器由于结构简单、适用频

率及相对带宽比较宽、产生谐波频率近似于三倍谐振频

率，在工程应用中受到青睐。随着技术的发展，微带带通滤波器尺寸的小型化、频率的高选择性需求越来越受

到重视[2]。小尺寸意味着整体模块在重量和空间上的轻

量化；高选择性意味着器件性能上的优势。在实现手段

上，交指型带通滤波器较为常见的小型化方式是优化谐

振结构以及缩小谐振单元的尺寸。而对于高选择性，则

主要关注其在带外抑制性能的提升。本文设计了一种

小尺寸且改善了抑制性能的交指型带通滤波器，可满足

系统日益增加的小型化和高性能需求。

在小型化方面，文献[3]中总结介绍了LTCC（低温共

烧陶瓷）技术、SIR技术（阶梯阻抗谐振器）、DGS技术

（缺陷接地结构）、双模滤波器、左手材料等小型化技术。

但LTCC技术对制备工艺要求较高，DGS技术对加工精

度有一定影响，双模滤波器以及左手材料的使用范围都

具备一定的限制。一种新型SIR交指微带带通滤波器的设计

杨新宇

（中国电子科技集团有限公司第十研究所，四川成都610000）

摘要：交指带通滤波器是工程应用中常用的带通滤波器，但随着产品的小型化及带外抑制性能要求的多样化，常规交指带通滤波器在使用上受到较多限制。文中设计了一种新型SIR交指型微带带通滤波器结构，对常规交指微带带通滤波器进行小型化以及抑制性能优化。这种滤波器通过引入14波长SIR结构缩小单个谐振单元尺寸进行小型化，并引入发夹结构，通过其自身谐振特性以及交叉耦合在左端引入一传输零点，达到改善抑制性能的目的。通过HFSS建模仿真比对了同指标的两种结构滤波器特性，分析得出各自适用的抑制要求。测试结果表明，设计的带通滤波器性能曲线与仿真曲线相吻合，符合设计要求。关键词：带通滤波器；交指结构；滤波器小型化；带外抑制；阶梯阻抗谐振器；抑制要求分析中图分类号：TN713+.5⁃34文献标识码：A文章编号：1004⁃373X（2023）11⁃0171⁃04