帶SIR結(jié)構(gòu)新型多枝節(jié)加載雙頻濾波器*

丁智勇，雷 濤，張正平

0 引言

本文提出的一這種新型雙頻雙頻濾波器結(jié)構(gòu)是以傳統(tǒng)SIR［7］結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，采用四個(gè)新型三階階梯阻抗諧振器耦合而成，用零度饋電的輸入輸出方式實(shí)現(xiàn)雙頻。

1 新型階梯阻抗諧振器

我們知道階梯阻抗諧振器SIR是構(gòu)成組合諧振器的最基本單元，如圖1所示，為一個(gè)基本的三節(jié)SIR諧振器單元。該結(jié)構(gòu)由三節(jié)阻抗分別為 Z1，Z2，Z3，對(duì)應(yīng)電長(zhǎng)度分別為 θ1，θ2，θ3組成。定義每一節(jié)輸入阻抗為Zin(1，2，3)，由傳輸線理論知，每一節(jié)階梯阻抗諧振器SIR等效輸入阻抗Zin(1，2，3)分別為

其中R1，R2，R3分別為三節(jié)不同特性阻抗的階梯阻抗諧振器SIR對(duì)應(yīng)的傳輸線電阻。在階梯阻抗諧振器發(fā)生諧振時(shí)，對(duì)于終端短路和開路其輸入導(dǎo)納滿足基本條件是

對(duì)于開路:

對(duì)于短路:

圖1 微帶三節(jié)SIR諧振器的基本結(jié)構(gòu)Fig．1 Basic structure of the trinodal－ SIR

2 諧振器分析

開路枝節(jié)加載諧振單元如圖2所示，猶如其結(jié)構(gòu)對(duì)稱。采用奇偶模方法進(jìn)行分析。在偶模激勵(lì)條件下，T－T'平面可視為理想磁壁，等效為開路。在奇模激勵(lì)條件下，對(duì)稱面T－T'平面可視為理想電壁，等效為短路［8］，其奇偶模等效電路如圖3所示。

圖2 本文提出的諧振器Fig．2 Proposed resonator

圖3 新型諧振器的奇模和偶模等效電路Fig．3 Odd－mode and even－mode equivalent circuit of the novel resonator

我們將前面階梯阻抗諧振器的等效為均勻阻抗諧振器，探究枝節(jié)對(duì)濾波器影響。設(shè)均勻阻抗諧振器導(dǎo)納為Ym，長(zhǎng)度為L(zhǎng)m，由參考文獻(xiàn)五可以知道其奇偶模諧振頻率。

由上面公式可知，偶模諧振頻率可通過開路枝節(jié)單獨(dú)調(diào)節(jié)而不受奇模影響。

1、在高位推動(dòng)上聯(lián)合。切實(shí)把宣傳定位于衛(wèi)生計(jì)生工作的重要位置，納入衛(wèi)生計(jì)生目標(biāo)管理責(zé)任，在日常工作中更加突出宣傳先行先導(dǎo)的作用。

奇模激勵(lì)時(shí)，對(duì)稱面T相當(dāng)于電壁，即是短路。此時(shí)的諧振器可以看做是新型的短路三枝節(jié)階梯阻抗諧振器，其奇模等效電路如圖3(a)所示。從開路段看去的輸入導(dǎo)納為

同理當(dāng)偶模激勵(lì)時(shí)，設(shè)Yin，3為從輸入導(dǎo)納為Y3一端看去的輸入導(dǎo)納:

輸入導(dǎo)納為:

3 濾波器設(shè)計(jì)

根據(jù)以上理論分析，本文設(shè)計(jì)了一款新型雙頻濾波器。采用的介質(zhì)材料為Rogers Ro4350，厚度為0．508 mm，相對(duì)介電常數(shù)為3．48。該濾波器如圖4所示。

圖4 濾波器結(jié)構(gòu)Fig．4 Filter structure

該濾波器由兩個(gè)新型階梯阻抗諧振器和基于零度饋電抽頭式輸入輸出組成?？梢酝ㄟ^調(diào)整開路支節(jié)的長(zhǎng)度和寬度的大小從而調(diào)節(jié)雙頻諧振，從而控制濾波器的通帶帶寬和中心頻率。為驗(yàn)證上述推論，在諧振器的其它條件固定不變的情況下，看開路支節(jié)對(duì)雙頻濾波器的特性影響。如圖5所示。

圖5 枝節(jié)長(zhǎng)度對(duì)濾波器作用Fig．5 Effect of the length to filter

由圖5可知，隨著枝節(jié)長(zhǎng)度增大，第二通帶中心頻率逐漸變小，第一通帶中心頻率幾乎不變。

下面探究支節(jié)寬度對(duì)濾波器的影響:

圖6 枝節(jié)寬度對(duì)濾波器作用Fig．6 Effect of the mult－ stub width to filter

由圖6可知，隨著阻抗器寬度增加，第二通帶帶寬變小，第一通帶帶寬基本不變。

由圖5，6可知，中心加載枝節(jié)長(zhǎng)度和寬度可獨(dú)立控制濾波器帶寬和中心頻率，這種特性增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的自由度，可以得到我們需要的頻率特性。

文獻(xiàn)1，2告訴我們零度饋電能得到兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，本文雙頻的實(shí)現(xiàn)正是基于零度饋電，為了驗(yàn)證這一特性，我們改變饋電結(jié)構(gòu)，得到如圖7所示。

圖7 饋電點(diǎn)對(duì)濾波器作用Fig．7 Effect of feeding point to filter

4 仿真與測(cè)量結(jié)果分析

通過對(duì)該雙頻濾波器進(jìn)行理論分析，并最終采用HFSS進(jìn)行電磁仿真優(yōu)化，最后確定濾波器具體尺寸為，L2=10．1 cm，L4=3 cm，L5=4．1 cm，L7=2．4 cm，L9=0．8 cm，L11=0．79 cm，L13=0．57 cm，s=0．32 cm。設(shè)計(jì)的濾波器的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果如圖8所示，濾波器實(shí)物如圖九所示，測(cè)量結(jié)果采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent8722ES測(cè)得，測(cè)得的兩個(gè)中心頻率分別在4．25和6．25 GHz，兩個(gè)通帶相對(duì)的3 dB帶寬分別為7．2%和2．2%。第一通帶的回波系數(shù)S11小于22 dB，插入損耗小于0．2 dB，第二通帶回波系數(shù)S11小于25 dB，插入損耗小于0．35 dB。從仿真圖上可以看到各通帶外都有傳輸零點(diǎn)，總共有三個(gè)傳輸零點(diǎn)，三個(gè)傳輸零點(diǎn)分別為 T1，T2，T3，分別在3．23，5．6，7．2 GHz，對(duì) 應(yīng) 的 衰 減 值 為 54，40，38 GHz，這些傳輸零點(diǎn)增強(qiáng)了各個(gè)通帶的帶外抑制。仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，但是很明顯實(shí)測(cè)的插入損耗值比仿真的插入損耗值稍大，中心頻率有細(xì)微偏移，這些主要是由于加工材料誤差、介電常數(shù)不均勻、SMA接頭損耗等引起的。

圖8 雙頻濾波器仿真與測(cè)試結(jié)果Fig．8 Simulated and measured results of designed dual－band filter

圖9 濾波器實(shí)物Fig．9 Real figure of filter

5 結(jié)語

通過hfss仿真軟件對(duì)該濾波器仿真，分析結(jié)果可知，本文構(gòu)建的濾波器結(jié)構(gòu)能有效的提高帶寬和提高帶外抑制度。各枝節(jié)可以獨(dú)立控制帶寬和中心頻率。本文對(duì)于其中一個(gè)諧振器中，一個(gè)小的枝節(jié)應(yīng)該影響不大，但是仿真發(fā)現(xiàn)，有該枝節(jié)比沒有要對(duì)濾波器有很大影響，目前本論文尚無法解釋。中心頻率可控，證明其可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代無線通信。對(duì)于三節(jié)階梯阻抗，目前相關(guān)論文較少，這種結(jié)構(gòu)能有效的縮小尺寸，有廣泛的研究前景。

［1］ 朱淑婷，趙潤(rùn)生，劉學(xué)觀．一種新型微帶雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)［J］．通信技術(shù)，2011，6(44):24 －26．

ZHUShu－ting，ZHAO Run－sheng，LIU Xue－guan．Design and Realization of Dual－band Microstrip Filter Based on Open － loop Resonators［J］．Communications Technology，2011，6(44):24 －26．

［2］ CHANG SF ，CHEN J L，CHANG SC．New Dual－ band Bandpass Filters with Step－impedance Resonators Comb and Hairpin Structures［C］//［s．l．］:Asia Pacific Microw ．Conf．，2003:793 －796．

［3］ 曾麗，肖鵬程，熊友符，等．枝節(jié)加載DGS諧振環(huán)微帶雙頻濾波器設(shè)計(jì)［J］．微波學(xué)報(bào) ，2012，34(8):162 －165．

ZENG Li，XIAO Peng－cheng，XIONG You － fu，et al．An Approach to Design Micr－ ostrip Dual－bandpass Filter Using Stub － loaded Resonators［J］．Journal of Microwaves，2012，34(08):162 －165．

［4］ LIGao，ZHANG Xiu － yin．High － Selectivity Dualband Bandpass Filter Using a Quad－mode Resonator with Soure－ load Coupling［J］．IEEE Microwave and Wireless Components Letters，2013，23(08):474 －476．

［5］ 黃春燕，肖中銀，寇鑫，等．新型多階躍枝節(jié)加載雙頻帯通濾波器［J］．上海大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，18(03):232－235．

HUANG Chun－yan，XIAO Zhong－yin，KOU Xin，et al．Dual－band Bandpass Filter Using Stub－loaded Multiple Stepped－Impedance Resonators［J］．Journal of Shanghai University，2012，18(03):232－235．

［6］ ZHANG Jin－ling，ZHANGHong－ xin，LU Ying－h(huán)ua，et al．Dual－band－stop Filters with Unsymmetrical T－ shape DGSResonators［J］．The Journal of China Universities of Posts and Telecommunic－ ations，2013，4(21):112－115．

［7］ MORTEZARezaee，REZA Attari Amir．Effects of Narrow Slits on Frequency Response of a Microstrip Square Loop Resonator and Dual－mode Filter Applications［J］．Microwave and Optical Technology Letters，2013，55(01):143－146．

［8］ 韋柳泰．一種雙通帶微帶濾波器設(shè)計(jì)［J］．電子科技，2012，25(06):98 －101．

WEI Liu－tai，Design of a Dual－bandPassband Microstrip Filter［J］．Electronic Science and Technology 2012，25(06):98－101．