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1、山西电子技术软件技术2009年第2期文章编号:167424578(2009)0220056203新型超宽带带通滤波器刘洁(南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003)摘要:提出了一种新型的短接环形多模谐振器,适合于构成超宽带带通滤波器。利用该多模谐振器的前三个谐振模式构成滤波器的整个通带,并提出通过改变多模谐振器阻抗比来控制该带通滤波器的相对带宽的方法。该结构具有易于级联的特性,通过级联可明显改善阻带特性。给出了一个单元以及三个单元级联后的滤波器结构以及通过仿真和实验获得的性能参数,验证了所设计的新型
2、超宽带带通滤波器的有效性。关键词:微带;超宽带;多模谐振器;级联中图分类号:TN713文献标识码:A0引言Z1/Z2表示其阻抗比,将其中一个半环的中点处通过一个通孔接地。采用介电常数为εr,厚度为h的介质基板,短接环近年来,随着短距离无线接入、无线局域网技术的发展,形多模谐振器单元结构尺寸由L1,L2和Lc表示。基于3.1～10.6GHz频谱范围的超宽带(UWB)无线通信系[1]统,已经引起越来越多的重视。超宽带带通滤波器的小型化、宽阻带、带外抑制好、插入损耗小的实验研究成为一大热点,并出现了大量不同的平面结构
3、滤波器。其一是由L.H.Hsieh提出在环形谐振器上连接两个可调短截线构成宽带滤波器,它能够实现49%的相对带宽,并具有体积小,低插[2]入损耗,良好的带外衰减,等一系列优点。不久,这种环形[3,4]谐振器结构多次被用于制作超宽带滤波器件。另外一种[5]结构是由低通滤波器和高通滤波器的级联,需要分别设计两个滤波器,增加了设计复杂度。随着集成度的提高,在文[6]献中多模谐振器这一概念被首次提出,并广泛应用于超宽带器件中。由于这种滤波器具有结构简单及一系列好的性[7]能,因此在文献中基于多模谐振器的各种超宽带带通滤
4、波器被设计出来。本文通过在微带线型环形谐振器上引入短路点的方式,构成短接环形多模谐振器。这种多模谐振器的前三个谐振频率构成了超宽带滤波器的通带,实现了3.1～10.6GHz图1短接环形超宽带滤波器内良好的通带性能。通过调节上下支节阻抗比使得单个单为了便于数值理论分析,微带型短接环形多模谐振器单元相对带宽能在83%～130%范围内变化。本文还提出通元结构可等效为图1(b)的微带结构模形,该模型由三段微带过级联改进带外衰减的方法。经过实测,单个单元和三个单短截线级联组成。在一段阻抗为Z1电长度为θ1的开路微带元测量
5、值与仿真值一致,显示出良好的特性,包括体积小,易线两端分别级联一段相同阻抗(Z2)和电长度(θ2)的短路微带于调节,低的插入损耗,良好的带外衰减特性等。线。根据转移矩阵级联公式,其转移矩阵可表示如下:1短接环形滤波器的研究和设计VAABVB=.(1)IACDIB文献[8]中所提出的UWB带通滤波器结构利用平行耦10合线设计了一种短路岔线型滤波器,并实现了较宽的通带。AB=1·文献中提出由于平行耦合特性所具有的局限性,单个单元能CD1jZ2tanθ2达到的最大带宽为111%,若要实现更大的带宽则需使用更cosθ1
6、jZ1sinθ110大的介电常数和减小耦合线缝隙,这增大了工艺上的难度。jsinθ1·1.(2)因此如何进一步增加带通滤波器的相对带宽,减小通带内插cosθ11Z1jZ2tanθ2入损耗,改善带外抑制度,成为本文的研究重点。Z1sinθ1本文所设计基于微带平面结构的短接环形超宽带滤波A=cosθ1+Z.(3)2tanθ2器结构如图1(a)所示,输入输出馈线处于同一直线上直接B=jZ1sinθ1.(4)接于短接环形多模谐振器两侧,两馈线所形成的分界线将多cosθ1jsinθ1Z1sinθ1cosθ1C=++22+
7、.(5)模谐振器分为上下两半环,阻抗分别为Z1和Z2,用RZ=jZ2tanθ2Z1jZ2tanθ2jZ2tanθ2收稿日期:2008-12-30作者简介:刘洁(19842),女,湖北孝感人,硕士研究生,研究方向:移动通信与射频技术。第2期刘洁:新型超宽带带通滤波器57Z1sinθ16.7GHz,百分比带宽为107%。在整个通带内,回波损耗优D=+cosθ1.(6)Z2tanθ2于-16dB,最大插入损耗为0.67dB。在低频和高频的截止该短接环形多模谐振器的前三个谐振模式构成了超宽频率处带外抑制变得更加陡峭。带
8、外抑制度在-20dB以带滤波器的通带。在前三个谐振频率下,展开的短接环形谐下的频带范围加宽为11.1GHz～15.6GHz。振器的电长度L分别为180°,360°,和270°。据文献[9]的研究发现,这种短接环形谐振器相当于一个半波长阶跃阻抗谐振器。当保持θ1=2θ2时,第一个和第三个谐振频率主要由Rz来决定,而第二个谐振频率即中心频率保持不变。因此选定带通滤波器的中心频率,通过调节R
