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1、基于混合CPW和微带结构的超宽带滤波器美国联邦通信委员会2002年将3.1〜10.6GHz频段授权民用之后，超宽带滤波器作为UWB系统中的关键器件，成为了研究热点。近年来，国内外学者对UWB滤波器进行了大量研究，各种结构的滤波器也相继提出。例如，多模谐振器就被广泛用于各类超宽带滤波器的设计中［1"3］。文献［1］提出了一种改进的多模谐振器，其能在带外产生W个传输零点，以改善滤波器选择性。文献［3］中，在微带中心加载折叠的多模谐振器，使得该滤波器的带外特性得到极大的改善。同吋，由于共面波导(CPW)和微带线的过渡结构能够产生超宽带效应，因此常用于带通滤波器的设计屮［4"9］
2、。但通常过渡结构在下阻带没有零点，因此其选择性不好，且上阻带也较窄。缺陷微带^11］以及缺陷地［12］结构也常用来设计超宽带滤波器。然而，缺陷结构由于在微带或地平面进行刻蚀处理，会使得该种滤波器带来信号完整性问题。本文在传统CPW到微带过渡结构的基础上，将中心位置处的微带用交指耦合线替换，以在滤波器上下阻带各带来一个传输零点，从而改善滤波器的选择性。在滤波器CPW槽下加载8个微带短路枝节，以拓展滤波器的上阻带特性。最终,为验证滤波器性能，对加工的滤波器进行了测试，且测试和仿真结果吻合较好。1UWB滤波器设计本文所提出的滤波器是设计在厚度为0.508mm的RogersRO4
3、350(介电常数心=3.66)基板上。正面铜箔构成了CPW,反面铜箔充当微带的带线。本文提出了一种改进的CPW到微带的过渡结构(CPW-MS-CPW)，其基本结构如图1所示。其中耦合线和CPW弯折枝节的长度约为中心频率的Ag/4。与文献冋中传统的CPW到微带的过渡结构不同，木文中将中心微带用交指耦合线(ICL)代替。图2给出了该过渡结构的低频集总等效和J变换等效电路。其中，J变换网络是CPW和微带的过渡实现的，ICL可等效为非对称平行耦合线。Co表示交指耦合线的低频等效电容，！_()和h分别表示CPW的中间导体和接地部分的等效电感。改进型和传统的混合CPW和微带结构的仿真
4、S参数如图3所示，加载了交指耦合线的过渡结构在带外有4个传输零点。其中，fz3是由CPW到微带过渡产生的，fz0(0GHz)和fz2是由ICL引入的。对于传输零点fz1,其产生机理可由其低频等效集总电路分析得出。文中提出的CPW-MS-CPW以及文献［5］巾的过渡结构的低频集总等效电路的简化电路分别如图4(a)和图5(a)所示。对于奇模激励，由其奇模等效电路(如图4(b))可得，其输入阻抗如式⑴所示:显然，同图3中的电磁仿真结果一致，除0GHz外，该传统过渡结构在低频段不会产生任何传输零点。通过以上的分析可知，通过引入ICL，使得在阻带的高端和低端分别产生一个传输零点。如
5、图3所示，和对于文献［5］中没有加入ICL的过渡结构，文中提出的CPW-MS-CPW的选择性得到了极大的改善。但是，该滤波器的上阻带特性仍然不够理想，比如，其上阻带衰减达到20dB的频率不超过15GHz。为进一步改善滤波器的带外特性（如图6所示），在滤波器的输入输出端口的CPW槽下通过耦合方式加载4个短路枝节（CSS），以拓展其上阻带频率。此外，通过在CPW弯折槽K引入4个短路枝节，以便在上通带边缘产生一个传输零点，进而改善滤波器在高频段的选择性。如图6所示，文中提出的CSS可以等效成一个串联的LC谐振器。图7给出了CSS在不同参数下仿真得到的S21。显然，CSS能在高频
6、段产生传输零点用于改善滤波器的带外特性，而对通带影响很小。并且其传输零点随着参数lQ、wQ、h的减小而往高频段移动，但当减小参数M时，零点向低频段移动。滤波器参数示意图如图8,滤波器尺寸:wo=O.24mm,s0=3.5mm,lx0=0.8mm,wxo=O.8mm,do=1.54mm,wso=O.8mm,lso=2.88mm,wci=0.43mm,wsi=0.36,W3=0.2mm,b=0.96mm,lc1=1.78mm,di=1.04mm,lsi=2.57mm,lco=O.95mm,lxi=0.8mm,wxi=0.8mm,wco=O.96mm,Wi=0.25mm,W2=
7、0.1mm,g=0.15mm,h=6.01mm。2滤波器的结果分析为验证文中提出的滤波器的性能，对本文设计的滤波器进行了加工和测试，实物如图9所示。图10给出了用矢网测得的滤波器S参数和群时延。显然，实测和仿真结果具有不错的一致性。测试结果表明，该滤波器的相对带宽达到丫123%（2.75〜11.556咐）。整个超宽带内的回波损耗优于15dB。在通带大多数频段（3〜10.2GHz）内的插入损耗不超过0.7dB，其中在中心频率附近的最小插损低于0.4dB。显然，由于该滤波器在通带的上下边缘各有一个传输零点，使得其具有陡峭的选择性，
