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基于阶梯阻抗谐振器的宽带带通滤波器设计刘凯正【摘要】利用在空间位置上对称的两个三阶阶梯阻抗谐振器设计了一款宽带带通滤波器.两个阶梯阻抗谐振器由两段相同的传输线分别加载终端短路枝节及开路枝节构成.通过合理的参数调节及适当的耦合,使谐振器的双模特性(谐振器)变为三模特性(滤波器).仿真结果显示,该滤波器带内最小插入损耗约为-0.41dB,最大回波损耗约为-13.66dB,-3dB相对带宽达到73.73%,具有一定的带宽特性.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】2页(P154-155)【关键词】宽带滤波器;三阶阶梯阻抗谐振器;传输零点;枝节加载【作者】刘凯正【作者单位】贵州师范大学机械与电气工程学院【正文语种】中文0 引言由于宽带滤波器的带宽优势，令其在通信领域备受瞩目[1]，同时引起了相关专家学者对宽带滤波器的进一步研究，提出了多种设计方法[2-6]。
程巍[2]等利用半波长槽线结构设计的宽带滤波器，相对带宽达到100%，具有明显的带宽优势，但通带两侧并未产生传输零点，从而限制了滤波器的频选特性及阻带抑制力。
赵兰、刘伟[3]利用高低通滤波器级联法设计了一款具有陡峭边带特性的宽带滤波器，但级联法不利于滤波器的小型化。
宛新文[4]等利用缺陷地结构（DGS）设计的宽带滤波器，实测与仿真结果吻合较好，但其相对带宽只有7%，且模型结构复杂。
钱颖[5]等利用三线耦合线结构设计了一款具有三个传输零点的宽带滤波器，在带宽、频选、通带边缘陡峭度及带外杂散抑制等方面均具有较好的性能。
本文基于三阶阶梯阻抗谐振器（SIR）结构设计了一款宽带带通滤波器。
利用加载终端短路枝节、开路枝节的两个谐振器的相互作用，使谐振模式发生变化（双模变为三模），利于滤波器的宽带特性及灵活调节性。
通过谐振器之间、输入/输出馈线与谐振器之间的缝隙耦合，令通带两侧产生了两个传输零点，有效提升了滤波器的频选特性。
1 阶梯阻抗谐振器分析图1 三阶阶梯阻抗谐振器基本结构图1所示为三阶阶梯阻抗谐振器基本结构，由a,b,c三段传输线连接而成（另一谐振器终端开路，即c段传输线无接地过孔，其他结构均相同，故只用图1说明）。
Design of A High Performance UWB Bandpass Filter 作者： 刘昊;徐美娟
作者机构： 电子科技大学电子科学与技术研究院,四川成都,611731
出版物刊名： 泰山学院学报
年卷期： 2013年 第6期
主题词： 缺陷地结构(DGS);高性能;超宽带;带通滤波器
摘要：本文利用缺陷接地结构(DGS)设计了一种高性能的超宽带滤波器,该滤波器包括位于多模谐振器下面的六个半圆形的DGS.首先通过使用多模谐振原理得到一个超宽带带通滤波器,然后利用DGS结构设计了一个截止频率超过12.6GHz的低通滤波器,这样做的目的是抑制超宽带滤波器的寄生通带的影响.最后结合两者,得到一高性能种超宽带带通滤波器,使用ANSOFT HFSS软件建模仿真和优化,结果表明:该滤波器的中心频率在6.85 GHz,通带为3.0 GHz-10.6 GHz,通带内
插入损耗小于0.3 dB,回波损耗优于20 dB.频带内具有良好的通带特性,同时又能有效的抑制高次谐波,上阻带在30 dB以下达到19 GHz.。
一种SIR结构的超宽带带通滤波器张志悦;姬五胜;王林年;姬晓春;童荥贇【摘要】提出了一种基于阶梯阻抗谐振器(Step Impedance Resonator,SIR)结构的具有平行耦合微带线的超宽带(Ultra-wideband,UWB)带通滤波器.滤波器采用孔径补偿技术设计,在地面上蚀刻两个矩形槽,以增强顶层微带线之间的耦合.为了优化S参数并改善带外的抑制,在谐振器中采用了缺陷微带结构(Defective Microstrip Structure,DMS).仿真结果表明,滤波器的通带范围为2.3～6.1 GHz,中心频率为4.2 GHz,分数带宽(Fractional Bandwidth,FBW)大于90.4％;插入和回波损耗分别优于-1 dB和-10 dB;通带中群延迟的变化范围为0.4～0.6 ns,滤波器的线性度良好.该滤波器可用于5G通信系统.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2019(059)003【总页数】6页(P354-359)【关键词】带通滤波器;超宽带(UWB);平行耦合微带线;孔径补偿技术;缺陷微带结构(DMS);阶梯阻抗谐振器(SIR)【作者】张志悦;姬五胜;王林年;姬晓春;童荥贇【作者单位】天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222;天津职业技术师范大学电子工程学院,天津300222;天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222;天津职业技术师范大学电子工程学院,天津300222;天津职业技术师范大学电子工程学院,天津300222;天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222;天津职业技术师范大学电子工程学院,天津300222;天津职业技术师范大学天线与微波技术研究所,天津300222;天津职业技术师范大学电子工程学院,天津300222【正文语种】中文【中图分类】TN7131 引言随着无线通信系统的发展，人们对于通信带宽的需求日益增长，宽带通信系统已成现代无线通信系统的发展趋势。
现代电子技术Modern Electronics Technique2023年6月1日第46卷第11期Jun.2023Vol.46No.110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。
一种半波长开环谐振器带通滤波器的设计引言在通信系统中，滤波器是一种非常重要的电路元件，它可以将频率范围内的信号传输并挑选出感兴趣的特定频率成分。
在两个相邻频率之间隔离一个带宽是非常有用的，这种滤波器被称为带通滤波器。
在这篇文章中，我们将介绍一种基于半波长开环谐振器的带通滤波器的设计。
设计首先，我们将需要选择两个特定频率，这些频率将从带通滤波器中传输信号。
我们可以选择这些频率，以使电路能够传输我们感兴趣的信号，同时尽可能地去除我们不想要的干扰信号。
我们将选择载波频率和两边频率，这样可以选择我们想要传输的信号的带宽。
接下来，我们将需要设计两个谐振器，这些谐振器的共振频率分别为两个选择的频率。
我们可以使用下面的公式来计算谐振器电感和电容的值。
$ L=\frac{1}{4\pi^2f^2C} $其中，L是电感值，C是电容值，f是共振频率。
一旦我们计算出所需的电感和电容的值，我们就可以将它们与电路图中的其他元件一起使用。
接下来，我们将需要确定其他电路元件的值，以便使整个电路达到所需的带通滤波功能。
这些元件包括电感、电容和电阻。
最后，我们可以使用仿真软件来模拟电路的性能。
我们可以使用PSpice和LTSpice等软件进行仿真，以验证电路是否能按照预期工作。
结论在本篇文章中，我们介绍了一种基于半波长开环谐振器的带通滤波器的设计。
这种滤波器结构简单，容易构建，并且可以满足许多不同应用的需求。
如果你有兴趣在你的通信系统中使用带通滤波器，请尝试使用这种基于开环谐振器的设计。
![一种具有宽阻带和多个传输零点的5G带通滤波器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/bab6350b657d27284b73f242336c1eb91a37330f.png)
专利名称：一种具有宽阻带和多个传输零点的5G带通滤波器专利类型：发明专利
发明人：王钟葆,马鉴,刘馨鸿,赵世朋,刘宏梅,房少军
申请号：CN202110552944.X
申请日：20210520
公开号：CN113328221B
公开日：
20220211
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种具有宽阻带和多个传输零点的5G带通滤波器，具体方案包括：上层介质基板、方形环状开槽金属贴片、下层介质基板、星状金属贴片、杠铃形缺陷金属地板、金属短路针和金属调谐针；所述方形环状开槽金属贴片位于上层介质基板的上表面；所述方形环状开槽金属贴片中包括方形环状槽I、方形环状槽II和方形环状槽III。
通过使用方形环状槽和棒槌形带条开缺口的方式实现了宽阻带，通过使用星状微带线和杠铃形缺陷地结构在滤波器通带附近实现了多个传输零点，提高了滤波性能；双层介质基板紧密贴合，减小了5G带通滤波器的剖面；此外，还具有结构紧凑、体积小、重量轻等特点，非常适合我国5G通信系统的应用。
申请人：大连海事大学
地址：116026 辽宁省大连市高新园区凌海路1号
国籍：CN
代理机构：大连东方专利代理有限责任公司
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一种高选择性宽带外抑制带通滤波器摘要:近年来，我国在各个方面的发展早已不可同日而语，通讯技术、移动互联网技术在新形势下早已趋向成熟，同时也在不断地更新升级。
在移动通信技术发展愈演愈烈的当今社会，为保证频带资源不被浪费，同时将其本身的抗干扰能力进行拔高，于是就要求各项电路系统中的滤波器一定要达到最优性能。
由于传统类型的滤波器在当前实际工程的搭建中并不能完美契合，当前对于滤波器提出了更高的要求，因此，笔者在本文中主要针对如何设计出一种更加适用于当今时代的新型的具有高选择性的宽带外抑制带通滤波器来进行分析研究。
关键词：高选择性；宽带外抑制；带通滤波器引言：为适应当前实际工程中的新要求，在当前移动通讯行业高速发展的今天，市场更需要尺寸更加精致、重量更加轻便、性能更加稳定同时制造成本又不是那么高的全新的滤波器。
高选择性宽带外抑制带通滤波器这一新兴设计形式，不仅能够将交叉耦合这一项技术添加到微带开环谐振滤波器之中，而且还能够借由这种技术的引进而打造出一双传输极点，这种设计形式无疑是提高通带选择性的良好的设计滤波器的优质形式。
1.设计背景高选择性宽带外抑制带通滤波器的设计的前提，从群众的角度考虑来说，有线数字电视网络的画面卡顿以及信号的干扰，往往使得观看体验大打折扣。
因此，在对有线数字电视网络之中存在的诸多干扰的具体研究中，诸多因素的影响往往都会直接或者间接的影响到信号的传输品质[5]。
在当前通讯技术的发展中，想要对通讯信号以及选择性进行一定程度的提高，应当走怎样的路，通过怎样的办法来设计出符合当前形势的滤波器十分重要。
高选择性宽带外抑制带通滤波器能够通过将一对传输极点接入到有限频率，这种设计形式不仅可以做到提高滤波器的选择性，同时还能够使得滤波器的频率更具准椭圆函数特性[3]。
如此一来，这种新型的滤波器设计形式往往会将滤波器的矩形系数，以及线性度等等不同的一系列指标均有一定的提高作用。
加上其构件尺寸又比较小巧精致，更加利于制造，与其他设备器械构件的连接也更加方便，不仅在移动通讯中手机基站的建设中能够得到广泛应用，而且在电路板的滤波电路的应用中也得到了良好的运用。
一种结构紧凑的超宽带带通滤波器
高山山;廖先莉;乔惠民
【期刊名称】《成都大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(037)004
【摘要】提出了一种带加载的环形谐振器,并在此基础上研究设计了一种可用于超宽带系统的结构紧凑的超宽带带通滤波器.通过在环形谐振器的两侧分别加载一组高阻抗线,可实现超宽带的通带带宽特性.在环形谐振器内部加载平行耦合线,可有效改善通带特性.通过在环形谐振器两侧的高阻抗线上加载开路支节,可进一步改善滤波器的通带特性.利用ADS仿真软件对所设计的超宽带带通滤波器进行仿真计算.仿真结果表明,该滤波器具有良好的通带效果和优良的阻带特性.
【总页数】3页(P384-386)
【作者】高山山;廖先莉;乔惠民
【作者单位】成都大学信息科学与工程学院,四川成都610106;成都大学信息科学与工程学院,四川成都610106;成都大学信息科学与工程学院,四川成都610106【正文语种】中文
【中图分类】TN713+.5
【相关文献】
1.一种简单微带线/共面波导结构的新型超宽带带通滤波器 [J], 黄近秋;曹建忠;王善进
2.一种小型化的超宽带微带带通滤波器的设计 [J], 艾明贵;梁显锋
3.一个紧凑型超宽带微带带通滤波器 [J], 李玉龙;宋树祥;岑明灿;凡东东
4.一种SIR结构的超宽带带通滤波器 [J], 张志悦;姬五胜;王林年;姬晓春;童荥贇
5.一种结构紧凑的高温超导窄带带通滤波器 [J], 陈静;孙亮;李顺洲;黄建冬;尹正朝;何艾生;李春光;张雪强;黎红;罗胜;顾长志;金爱子;杨海方;冯稷;何豫生
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一种基于正方环形谐振器的新型宽带带通滤波器王路超;金龙【摘要】本文设计了一种紧凑型、宽通带、宽阻带的微带带通滤波器.该滤波器的设计是基于带有两个开路调节支节的正方谐振环.基于紧凑性的考虑,改变了传统方环谐振滤波器的馈电点和开路调节支节的位置,以便对谐振环进行折叠处理.这种改变并不影响谐振环的奇偶模特性.在输入和输出端口,通过两个叉指耦合结构对滤波器进行馈电,这种馈电方式增加了滤波器阻带的带宽和抑制度.滤波器的中心频率为4GHz,相对带宽为45％,通带内的回波损耗小于-12dB,群时延小于0.8 ns,1～2.9 GHz阻带抑制度大于12dB,5.3 ～7 GHz阻带抑制度大于18dB.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】4页(P75-77,81)【关键词】带通滤波器;正方环形谐振器;宽带;阻带抑制;紧凑;叉指耦合【作者】王路超;金龙【作者单位】电子科技大学成都611731;电子科技大学成都611731【正文语种】中文【中图分类】TN7130 引言随着通信技术的日益发展，高性能、小尺寸、宽通带的滤波器在现代无线通信系统中起着越来越重要的作用。
微带环形谐振器可以满足这些要求，并广泛的应用在带通滤波器设计中［1］。
虽然文献［2～4］中这些环形滤波器都具有很大的带宽，但是其阻带带宽都很小，这对抑制带外干扰信号是非常不利的。
将多个滤波器级联可以增加滤波器阻带的带宽，但是这种方法会增大滤波器的尺寸。
因此，在滤波器设计中，增大滤波器阻带带宽的同时减小其尺寸是一个难点。
本文以一种带有两个开路调节支节的正方环形谐振器［2］为基础设计了一个结构紧凑、宽阻带的宽带带通滤波器。
在不改变谐振器奇偶模特性的条件下，对传统的正方形谐振环滤波器的馈电点和开路支节的位置进行调整。
这种调整有助于我们将滤波器进行小型化处理。
另外，在输入输出端口通过两个叉指耦合结构对滤波器进行馈电，叉指耦合结构能够提高阻带抑制度和阻带宽度，因此，本文中设计的宽带带通滤波器具有紧凑性和宽阻带的优点。
1 带有开路支节的正方环形谐振器环形谐振器主要有圆环形谐振器和正方环形谐振器。
当环形谐振器的周长是波导波长的整数倍时，谐振器就处于谐振状态［1］。
带有两个λg/4开路调谐支节的正方环形谐振器如图1所示，环的周长为λg，方形环的每个边长为λg/4，λg为滤波器中心频率的波导波长，方环微带线的特性阻抗为Z1，其开路支节的特性阻抗为Z2;谐振器的输入和输出端口传输线的特性阻抗均为Z0。
该谐振器是关于环的对角线对称的，可以将其等效成传输线模型来对其进行奇偶模分析［5］，文献［2］给出了其具体的分析过程。
谐振器的中心频率是由正方谐振器的边长和开路调节支节的长度确定的，谐振器的通带由Z1和Z2的比值确定，即谐振器的两个传输零点由a=Zl/Z2确定。
λg/4开路支节在环形谐振器传输零点处的电长度与特性阻抗比a=Zl/Z2的关系［6］:图1 带有λg/4开路调谐支节的正方环形谐振器本文将式(1)进一步推导，得到谐振器的两个传输零点的计算公式:f1和f2是位于中心频率两侧的两个传输零点。
因此，当滤波器的中心频率选定后，可以通过改变a=Zl/Z2的值来调整传输零点f1和f2，进而改变谐振器的通带带宽。
2 滤波器设计与仿真如图1所示，带有两个λg/4开路调谐支节的正方环形谐振器的馈电端口和开路支节分别位于方形谐振环各边的中点，谐振环关于正方形对角线对阵。
两个馈电点间距的电长度，两个开路支节间距的电长度以及馈电点与开路支节间距的电长度均为λg/4。
基于滤波器小型化的考虑，如图2所示，本文将改变谐振器的馈电和开路支节的位置，即馈电点和开路支节分别位于方形谐振环的四个顶点，并将谐振环的四段传输线进行折叠，两个开路支节也进行折叠。
这种处理并不影响谐振环的奇偶模特性，谐振环的拓扑结构依然是对称的，两个馈电点间距的电长度，两个开路支节间距的电长度以及馈电点与开路支节间距的电长度依然为λg/4。
这种处理显著的增加了谐振器的紧凑性。
图2 本文所设计的宽带带通滤波器目前，增加环形宽带滤波器的阻带宽度和抑制度的常用方法是:将多个谐振环滤波器级联［7］起来，可以增大阻带带宽和提高阻带抑制度，但是这种方法不利于滤波器的小型化。
或是在滤波器输入和输出端口引入马刺线［8］，通过在高频段引入一个零点来提高阻带抑制度，如果通过马刺线来抑制低频段阻带，马刺线的长度就会很大，也不利于滤波器的小型化。
本文采用的提高阻带抑制度的方法是在滤波器的输入和输出端引入叉指耦合结构［9］来抑制阻带。
如图3示，这个叉指耦合结构的作用相当于一个带通滤波器，使其通带大于环形宽带滤波器，并能在高频段产生一个传输零点，通过调节这个叉指耦合结构的长度LC可以调节其对滤波器高频段阻带的抑制度。
而且由于滤波器是耦合方式馈电，其在f=0 Hz也会产生一个传输零点，对滤波器的低频段阻带起到了抑制作用。
本文设计了一个中心频率为4GHz，通带为3.1 GHz～4.9GHz，相对带宽为45%的带通滤波器。
根据式(2)、(3)计算出开路调节支节的特性阻抗与环形谐振器的特性阻抗的比值a=Zl/Z2，当相对带宽为45%时，a=0.465。
正方形谐振环的特性阻抗为50Ω，其每个边长和开路调节支节的长度均为中心频率对应波导波长的四分之一，即λg/4。
所选取的介质基板的相对介电常数为9.6，厚度为0.8 mm。
如图2所示，宽带带通滤波器各部分的具体尺寸:图3 叉指耦合结构不同长度Lc时传输特性通过电磁仿真软件HFSS13对滤波器进行仿真计算，通过将介质表面敷铜的电导率设置为σ=5.8×107S/m，介质损耗角tanδ=0.003，就可以把滤波器的导体损耗和介质损耗一并考虑进去，获得较为精确的计算结果。
仿真计算得到的滤波器频率响应曲线和群时延如图4所示。
仿真结果显示，滤波器的通带内插入损耗小于0.8dB，反射损耗均小于－12dB，群时延小于0.8ns，获得了预期的效果。
本文所设计的滤波器和图1所示的传统方环滤波器的S参数对比如图4(a)所示，本文设计的滤波器在1～2.9GHz阻带抑制度均大于12dB，5.3～7GHz阻带抑制度均大于15dB。
图4 本文设计滤波器的仿真结果3 结论本文在一种传统的正方环形谐振器的基础上设计了一种紧凑型、宽阻带的微带带通滤波器，并对计算谐振器传输零点的公式做进一步推导，得到了关于谐振器传输零点的计算公式。
基于正方环形谐振器的奇偶模特性，在不改变谐振器特性的条件下，将谐振器的馈电点和开路支节位置进行调整，以便将谐振器进行折叠，使其更加紧凑。
通过叉指耦合结构的带通及在高频段产生传输零点的特性，将其引入到滤波器的输入和输出端口，改善了滤波器的阻带性能。
仿真结果验证了预期的分析和计算的正确性。
本文所设计的滤波器可应用于诸多无线通信系统中，具有广泛的应用价值。
参考文献:［1］K.Chang.Microwave Ring Circuits and Antennas［M］.NewYork:Wiley，1996.［2］L.H.Hsieh and pact，low insertionloss，sharp-rejection，and wide-band microstrip band pass filter［J］.IEEE Trans.Microwave Theory Tech.，2003，51(4):1241－1246.［3］J.C.Liu，C.Y Wu，M.H.Chiang and D.Soong.Improved dual-mode double-ring resonator with radial stub for UWB-filter design［J］.Microwave and Optical Technology Lett.，2005，44(3):219－221. ［4］L.H.Hsieb and pact，low insertion-loss，sharp-rejection widely and bandpass filters using dual-mode ring resonators with tuning stubs［J］.Electronics Letters，2011，37(22):1345－1347.［5］David M.Pozar.张肇仪，周乐柱，吴德明等译.微波工程(第三版)［M］.北京:电子工业出版社，2006.［6］蔡鹏.超宽带带通滤波器的设计理论及其小型化研究［D］.上海:上海大学，2006.［7］A.Griol，J.Marti and L.Sempere.Microsfrip multistage coupled ring bandpass filters using filters for harmonic suppression［J］.Electronics Letters，2001，37(9):572－573.［8］A.Griol，J.Maui and L.Sempere.Microstrip multistage coupled ring bandpass fitters using spur-line filters for harmonic suppression［J］.IEEEMicrow.and wireless Compon.Lett.，2001，37(9):572－573.［9］Sheng Sun，Lei Zhu and Huei-Hsien Tan.A compact wideband bandpass filter using transversal resonator and asymmetrical interdigital coupled Lines［J］.IEEE Microw.and wireless Compon.Lett.，2008，18(3):73－75.。
