基于枝節加載的超寬帶濾波器的設計方案

1.引言

　　自2002年美國聯邦通訊委員會（FCC）批準把3.1GHz到10.6GHz之間的頻段分配給超寬帶通信系統使用以來，小型化，高性能已經成為了超寬帶無線通信系統的必然趨勢。

　　本文提出了一種具有新的枝節加載諧振器結構超寬帶濾波器的設計方案。該方案的結構為使用圓形開路階躍短截線為中心枝節，通過圓形諧振器控制奇偶模式的分布；達到短路和開路枝節控制帶外抑制。該方案中所設計的濾波器具有小尺寸，良好選擇性等優點， 通過仿真的結果證實了該方案的可行性。

　　2.超寬帶濾波器的總體結構

　　由于之前的文章中有涉及到首次使用圓形開路階躍短截線單元進行超寬帶濾波器的設計方案。在文章中可以知道這種單元具有低通特性，并且其截止頻率會隨著半徑R的增大而減小，邊緣響應也隨之變得都陡峭。這樣，我們可以使用加載其他枝節引入傳輸零點的方法得到好的阻帶特性。

　　如下圖所示，圖1為所設計超寬帶濾波器的整體結構圖。

　　整體電路左右對稱，使用介電常數為10.2，厚度為1.27mm的Roger RT/duroid6010介質基板，端口阻抗為50Ohm.考慮的制作工藝的難易度和可行性，所有微帶間縫隙寬度不小于0.1mm，且金屬化過孔的半徑不小于0.1mm.

　　超寬帶濾波器整體結構（r1=0.5，w1=1.3，w2=0.2，w3=0.1，w4=.01，w5=0.2，w6=0.3，r2=0.1，s=0.1，單位：mm）

　　圖2則為圓形階躍短截線兩邊開路及短路枝節的等效電路。兩種枝節的輸入阻抗可以表示為：

　　這里和θ 為枝節的特性阻抗以及電長度。當θ 分別等于0o，90o，180o的時候， 分別等于0， ∞ ，0， 分別等于∞ ，0， ∞ 。

　　由此可以得到，當超寬帶濾波器的中心頻率的的時候，由短路枝節可以得到兩個傳輸零點，并且能提高濾波器的選擇性。而又由于開路枝節的存在，當開路枝節的電長度等于帶外頻率抑制點的1/4波長的時候，能夠提高帶外阻帶的性能。在這篇文章里，我們設置帶外抑制頻率點為15GHz.

　　通過以上的分析，一個新型的枝節加載超寬帶濾波器就可以得到，電路的初始尺寸也可以由上述分析得到，最后使用HFSS進行仿真和優化。

　　3.仿真結果與分析

　　通過HFSS仿真得到的仿真曲線波形圖如下圖3所示。