小型化微帶雙模帶通濾波器研究

高山山，徐嘉莉

(成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院，四川 成都 610106)

小型化微帶雙模帶通濾波器研究

高山山，徐嘉莉

(成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院，四川 成都 610106)

提出了一種非對(duì)稱開(kāi)槽貼片結(jié)構(gòu)的雙模諧振器，并在此基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)出了一種結(jié)構(gòu)緊湊的微帶雙模帶通濾波器，這種具有非對(duì)稱開(kāi)槽貼片的雙模諧振器不僅具有雙模諧振的特性，還能夠有效減小電路的尺寸，便于實(shí)現(xiàn)雙模帶通濾波器的小型化.利用ADS仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)出的雙模帶通濾波器進(jìn)行仿真表明，該濾波器具有良好的通帶特性，且整體尺寸為0.2 λg×0.2 λg，有效實(shí)現(xiàn)了雙模帶通濾波器的小型化.

雙模;濾波器;帶通;小型化

0 引言

微波濾波器起著選擇信號(hào)的重要作用，它是現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)的重要元器件之一.隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)微波濾波器也提出了更高的要求，高性能、小型化、低成本已成為微波濾波器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì).雙模諧振器在微波濾波器的設(shè)計(jì)中具有較為廣泛的應(yīng)用，每個(gè)雙模諧振器都可以看成是一個(gè)雙頻調(diào)諧電路，對(duì)于n階的濾波器而言，若采用雙模諧振器來(lái)實(shí)現(xiàn)，諧振器的數(shù)量將比單模減少一半，可有效地減小電路的尺寸［1-3］.1972 年，Wolff［4］提出了最早的平面雙模諧振器.1995年，Hong等［5-6］提出了基于方形環(huán)諧振器的雙模帶通濾波器，又提出了基于蜿蜒環(huán)諧振器的雙模帶通濾波器.1999年，Zhu等［7］提出了基于開(kāi)槽貼片的雙模帶通濾波器.其后，科研人員推出了微擾的雙模諧振器及中間支節(jié)加載的開(kāi)路環(huán)雙模諧振器［8-9］.但上述濾波器在小型化方面還存在一定的問(wèn)題，如何更加有效地減小濾波器的尺寸已成為微波濾波器研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一.針對(duì)這一問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)了一種基于非對(duì)稱開(kāi)槽貼片的雙模帶通濾波器，可有效減小濾波器的尺寸.

1 雙模帶通濾波器研究

1.1 雙模諧振器結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的貼片雙模諧振器結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 傳統(tǒng)貼片雙模諧振器

該貼片為帶有切角的正方形貼片結(jié)構(gòu)，其中，l的長(zhǎng)度約為半個(gè)波長(zhǎng)，即 l≈0.5 λg，通過(guò)調(diào)節(jié)切角的尺寸，即s，可控制2個(gè)簡(jiǎn)并模的位置.利用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出的雙模帶通濾波器尺寸較大，不利于系統(tǒng)的小型化.

本研究在傳統(tǒng)貼片雙模諧振器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)，提出了一種非對(duì)稱開(kāi)槽貼片結(jié)構(gòu)的雙模諧振器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 改進(jìn)的雙模諧振器

與傳統(tǒng)的貼片雙模諧振器相比，改進(jìn)型的貼片雙模諧振器上開(kāi)有螺旋形的槽.這種非對(duì)稱開(kāi)槽貼片結(jié)構(gòu)的雙模諧振器無(wú)需采用傳統(tǒng)切角的方式就可實(shí)現(xiàn)雙模諧振的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)槽線s1、s2的長(zhǎng)度，可以控制2個(gè)模的位置.此外，該諧振器可以大大減小雙模帶通濾波器的尺寸.

1.2 雙模帶通濾波器結(jié)構(gòu)

本研究提出的小型化的微帶雙模帶通濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示.該雙模帶通濾波器采用微帶線結(jié)構(gòu)，上層電路為雙模諧振器，下層電路采用共面波導(dǎo)的饋電方式.

圖3 基于非對(duì)稱開(kāi)槽貼片諧振器的雙模帶通濾波器示意圖

2 仿真結(jié)果分析

為了與傳統(tǒng)的貼片型雙模帶通濾波器進(jìn)行尺寸比較，本研究采用ADS仿真軟件對(duì)傳統(tǒng)的貼片型雙模帶通濾波器及基于非對(duì)稱開(kāi)槽貼片諧振器的雙模帶通濾波器均進(jìn)行了仿真計(jì)算.仿真計(jì)算中，介質(zhì)的介電常數(shù)為 3.66，厚度為0.508 mm.

對(duì)傳統(tǒng)貼片雙模帶通濾波器計(jì)算時(shí)，其具體尺寸如下:l=14 mm，s=3 mm.其頻率響應(yīng)特性曲線如圖4所示.

圖4 傳統(tǒng)貼片開(kāi)槽雙模帶通濾波器仿真結(jié)果

從圖4可以看出，該濾波器的中心頻率在5.6 GHz，通帶內(nèi)回波系數(shù)在-15 dB以下，具有良好的通帶特性，該濾波器整體尺寸為 0.5 λg×0.5 λg.

對(duì)基于非對(duì)稱開(kāi)槽貼片諧振器的雙模帶通濾波器進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，具體尺寸如下:l=14 mm，s1=2.9 mm，s2=3 mm，s3=1.5 mm，s4=4.2 mm，s5=5.9 mm，s6=5 mm，s7=1.8 mm，s8=2.6 mm.其頻率響應(yīng)特性曲線如圖5所示.

圖5 基于非對(duì)稱開(kāi)槽的雙模帶通濾波器仿真結(jié)果

從圖5可以看出，在保持正方形貼片諧振器的尺寸l均為14 mm的情況下，本濾波器的中心頻率發(fā)生了變化，由原來(lái)的5.6 GHz降到了2.18 GHz，通帶內(nèi)回波系數(shù)在-10 dB以下，具有良好的通帶特性，濾波器整體尺寸為 0.2 λg×0.2 λg.相比于傳統(tǒng)的貼片雙模帶通濾波器而言，本濾波器整體尺寸減小了約60%.

3 結(jié)論

本研究采用非對(duì)稱開(kāi)槽貼片諧振器研究設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)緊湊的雙模帶通濾波器.仿真結(jié)果表明，該濾波器不僅具有良好的通帶特性，還具有較小的尺寸.與傳統(tǒng)貼片雙模帶通濾波器相比，本研究設(shè)計(jì)的濾波器整體尺寸能減小約60%.

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［6］Hong J S，Lancaster M J.Microstrip bandpass filter using degenerate modes of a novel meander loop resonator［J］.IEEE Microwave and Guided Wave Letters，1995，5(11):371-372.

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Research on Compact Microstrip Dual-mode Bandpass Filter

GAO Shanshan，XU Jiali
(School of Electronic and Information Engineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

In this paper，a novel asymmetric slotted patch resonator is presented，which can be used to design a compact microstrip dual-mode bandpass filter.The proposed asymmetric slotted patch resonator can not only maintain the dual-mode resonant property，and also decrease the size of the circuit，which is good for realizing the compact size of dual-mode bandpass filter.The simulation is achieved by ADS.The simulated results show that the filter has good in-band performances，and the total size of the proposed filter is 0.2 λg×0.2 λg.The proposed filter has the compact size.

dual-mode;filter;bandpass;compact

TN713+.5

A

1004-5422(2015)01-0067-03

2015-01-09.

成都大學(xué)?？萍及l(fā)展基金(2013XJZ04)、四川省教育廳自然科學(xué)基金(12ZB171)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.