一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器研究

高山山, 喬惠民

(成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 成都 610106)

一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器研究

高山山, 喬惠民

(成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 成都 610106)

基于非對(duì)稱耦合饋線結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器.通過調(diào)節(jié)非對(duì)稱耦合饋線結(jié)構(gòu)的物理尺寸，能夠控制超寬帶通帶內(nèi)阻帶頻率的位置，從而有效減少其他頻段的干擾.利用ADS仿真軟件對(duì)研究設(shè)計(jì)的超寬帶濾波器進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真結(jié)果表明該濾波器不僅具有良好的通帶效果，還具有阻帶位置靈活可調(diào)的優(yōu)良特性.

超寬帶；濾波器；微帶；阻帶

0 引 言

目前，超寬帶技術(shù)以其高速率、高容量、低功耗及安全性強(qiáng)等特點(diǎn)，在雷達(dá)、跟蹤、精確定位和成像等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1].濾波器作為超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的核心器件之一，其性能的好壞對(duì)超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的整體工作性能有著至關(guān)重要的影響.隨著超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是在超寬帶所定義的通頻帶范圍內(nèi)存在其他無(wú)線信號(hào)干擾的情況下，對(duì)超寬帶濾波器提出了更高要求[2-5]，迫切需要通帶內(nèi)具有阻帶特性的超寬帶濾波器，這也成為當(dāng)前超寬帶濾波器研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一[6-20].實(shí)際上，通帶內(nèi)具有阻帶特性的超寬帶濾波器研究的主要難點(diǎn)是如何靈活控制阻帶頻率的位置，同時(shí)，阻帶產(chǎn)生時(shí)如何保持上下通帶內(nèi)有良好的通帶特性.針對(duì)這一難題，本研究以非對(duì)稱耦合饋線及改進(jìn)型的階躍阻抗諧振器為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出了一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器，通過調(diào)節(jié)非對(duì)稱耦合饋線結(jié)構(gòu)的物理尺寸，可以靈活控制阻帶頻率的位置，有效抑制其他無(wú)線信號(hào)的干擾.仿真實(shí)驗(yàn)表明，該超寬帶濾波器結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的通帶特性.

1 具有單阻帶特性的超寬帶濾波器

傳統(tǒng)的對(duì)稱耦合饋線結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示.本研究在其基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，采用了一種非對(duì)稱耦合饋線的結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示.

圖1 對(duì)稱耦合饋線結(jié)構(gòu)與非對(duì)稱耦合饋線結(jié)構(gòu)

從圖1(b)可以看出，該耦合饋線采用了非對(duì)稱的形式.

本研究利用非對(duì)稱耦合饋線與改進(jìn)型的階躍阻抗諧振器共同作用，設(shè)計(jì)了一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器

若采用傳統(tǒng)的對(duì)稱耦合饋線與改進(jìn)型階躍阻抗諧振器共同作用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)超寬帶的通帶帶寬.利用ADS仿真軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真計(jì)算結(jié)果如圖3所示.

從圖3可以看出，通過調(diào)節(jié)對(duì)稱耦合饋線及改進(jìn)型階躍阻抗諧振器的物理尺寸，可以控制通帶的位置以及帶寬的范圍.

由于在超寬帶的通帶范圍內(nèi)存在其他無(wú)線信號(hào)的干擾，因此，需要在超寬帶的通帶內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的阻帶，從而有效抑制其他頻段信號(hào)的干擾.針對(duì)這一問題，本研究采用了非對(duì)稱的耦合饋線結(jié)構(gòu).通過調(diào)節(jié)非對(duì)稱耦合饋線的物理尺寸，可以靈活控制通帶內(nèi)阻帶的位置，從而達(dá)到抑制其他信號(hào)干擾的目的.為了進(jìn)一步說明這一問題，本研究分析了超寬帶通帶內(nèi)的阻帶位置隨非對(duì)稱耦合饋線物理尺寸的變化情況，其仿真計(jì)算得到的結(jié)果如圖4所示.

圖3 超寬帶帶通濾波器的頻率響應(yīng)特性曲線

圖4 阻帶頻率隨l1的變化曲線

從圖4可以看出，當(dāng)非對(duì)稱耦合饋線結(jié)構(gòu)中l(wèi)1的長(zhǎng)度從0.7 mm變化到1.6 mm時(shí)，通帶內(nèi)阻帶頻率的位置從5.6 GHz變化到了5.4 GHz.由此可見，隨著非對(duì)稱耦合饋線中l(wèi)1長(zhǎng)度的增加，通帶內(nèi)阻帶的位置向低頻方向移動(dòng)，即可通過調(diào)節(jié)l1的大小來控制通帶內(nèi)阻帶頻率的位置.

此外，非對(duì)稱耦合線的 寬度w3同樣可以影響阻帶頻率的位置，阻帶頻率位置隨w3的變化曲線如圖5所示.

圖5 阻帶頻率隨w3的變化曲線

從圖5可以看出，當(dāng)非對(duì)稱耦合線的寬帶增加時(shí)，阻帶頻率的位置開始向低頻方向移動(dòng)，且移動(dòng)幅度不大.由此可見，可以通過調(diào)節(jié)非對(duì)稱耦合饋線的寬度w3的大小來對(duì)阻帶頻率的位置進(jìn)行微調(diào)，從而滿足一些對(duì)阻帶頻率要求較高的超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的要求.

綜上所述，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)非對(duì)稱耦合饋線的物理尺寸，可以靈活控制通帶內(nèi)阻帶頻率的位置.

2 仿真結(jié)果分析

本研究采用ADS仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器進(jìn)行了仿真計(jì)算.仿真計(jì)算中，介質(zhì)的介電常數(shù)為9.6，厚度為0.8 mm.仿真計(jì)算得到的結(jié)果如圖6所示.

圖6 基于非對(duì)稱耦合饋線結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器仿真結(jié)果

由圖6可知，該濾波器在5.75 GHz存在一個(gè)阻帶.此外，濾波器的上通帶和下通帶都具有良好的通帶特性.

3 結(jié) 論

本研究利用非對(duì)稱耦合饋線設(shè)計(jì)了一種通帶內(nèi)具有單阻帶特性的超寬帶濾波器.電磁仿真結(jié)果表明，該濾波器不僅具有良好的通帶特性，同時(shí)，通帶內(nèi)阻帶位置靈活可調(diào)，能夠滿足超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的要求.

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Research on Ultra-wideband Filter with Single Stop Band Characteristics in Passband

GAOShanshan，QIAOHuimin

(School of Information Science and Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China)

In this paper,an ultra-wideband(UWB) filter with single stop band characteristics in a passband is proposed based on asymmetric coupled lines.By properly adjusting the physical dimensions of the asymmetric coupled lines,a stop band frequency in the passband of the ultra-wideband can be controlled to effectively reduce the interference of other frequency bands.The simulating calculation is done on the ultra wide-band filter designed by using ADS.The simulation results show that the proposed filter exhibits good in-band performances.In addition,the location of the stop band can be easily adjusted because of its flexible position.

UWB;filter;microstrip;notch band

1004-5422(2017)01-0059-03

2017-01-08.

四川省教育廳自然科學(xué)基金(15ZB0387)資助項(xiàng)目.

高山山(1982 — )， 女， 博士， 講師， 從事微波元器件理論與設(shè)計(jì)研究.

TN713+.5

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