一種基于叉指型結(jié)構(gòu)的寬阻帶微波低通濾波器的仿真設(shè)計

司馬衛(wèi)武

摘 要：微帶濾波器由于其輕便，體積小和易于制造等優(yōu)異的特點而得到了廣泛的應(yīng)用。但是經(jīng)過Richards變換和黑田規(guī)則得到的低通濾波器由于變換函數(shù)的周期性在高頻段出現(xiàn)了嚴重的寄生通帶，且采用的切比雪夫模型在過渡帶的性能可以得到進一步的改進。本文采取高低阻抗變換得到的橢圓函數(shù)低通濾波器，加入叉指結(jié)構(gòu)的諧振單元后相比于以前的濾波器有更好的過渡帶性能和高頻段的寄生通帶的寄生能力，三倍頻處的正向電壓傳播系數(shù)仍抑制在-40dB以下，且其匹配性能在通帶內(nèi)的駐波比最大為1.5，基本符合濾波器設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：寬阻帶；橢圓函數(shù)；高低阻抗；叉指結(jié)構(gòu)

Abstract：Microstrip filter has been widely used due to its outstanding characteristics such as lightweight，small size，easiness to manufacture and so on.But the lowpass filter gotten by Richards transformation and Kuroda rule has serious parasitic passband due to the periodic character of transform function.Furthermore，transition band of filters transformed from Chebyshev model can be further improved.This article focuses on the elliptic lowpass filter gotten by high and low impedance transformation，which has better performance of transition band and restraint capacity for parasitic passband at higher frequency after adding pectinate resonant unit.Forward voltage transmission coefficient at three times frequency can be still restrained under -40dB，with standing wave ratio within passband up to 1.6 which indicates good matching performance.It can be concluded that the design requirement of filter have been basically fulfilled.

Key words：Wide stopband；elliptic function；high and low impedance；pectinate structure

1 理論依據(jù)

叉指型結(jié)構(gòu)：在傳統(tǒng)枝節(jié)型微帶低通濾波器中引入了一種叉指型結(jié)構(gòu)，在沒有影響帶內(nèi)特性的情況下，有效抑制了寄生通帶，拓展了阻帶。叉指型結(jié)構(gòu)可以看作是高阻抗線電感和叉指耦合電容的組合，具有帶阻特性。

2 設(shè)計與仿真

2.1 所用介質(zhì)基材和銅膜信息

實驗所用基材為Taconic公司的RF-35系列基材，RF-35是一種層壓在Taconic產(chǎn)品中的ORCER系列材料中的有機玻璃。它基于編織紋的加固型玻璃?？梢圆榈皆?.9GHz下的相對介電常數(shù)和介電損耗角分別為0.35和0.0018，介質(zhì)厚度為0.76mm，銅膜厚度為0.035mm。

2.2 HFSS對叉指型結(jié)構(gòu)諧振響應(yīng)的仿真

叉指型結(jié)構(gòu)的諧振頻率與叉指型結(jié)構(gòu)的長度和縫寬度有關(guān)，可以在HFSS中對叉指型結(jié)構(gòu)進行建模，以其長度和縫寬度為變量，找到能夠有效抑制寄生通帶的諧振頻率相關(guān)的長度和縫寬度。經(jīng)過一系列調(diào)整，可以發(fā)現(xiàn)在縫寬為0.2MM，長度分別為1.6MM和1.7MM時可以有在寄生通帶出現(xiàn)時達到諧振吸收峰的效果。

2.3 寬阻帶濾波器模型的建立

進行設(shè)想可以將叉指型結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)橢圓函數(shù)高低阻抗濾波器進行級聯(lián)，這樣即可在三次頻處進行對高次波的抑制。

對濾波器模型進行仿真可以看到濾波器在三倍頻內(nèi)的阻帶抑制良好，而帶內(nèi)駐波比最大值在1.5，匹配程度在可接受的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

一般的經(jīng)過Richards變換和黑田規(guī)則由集總電路變換來的低通濾波器由于三角函數(shù)的周期性在偏離中心頻率處等效效果差，而高低阻抗等效變換方法等效效果較傳統(tǒng)等效方法好。另外叉指型結(jié)構(gòu)與單純的低通濾波器級聯(lián)可以達到有效抑制高次頻的效果。

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