Ka波段窄带带通滤波器研究

２０１０年第５期

大众科技

Ｎｏ．５，２０１０

（总第１２９期）

ＤＡＺＨｏＮＧ ＫＥ Ｊ

（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ Ｎｏ．１ ２９）

Ｋａ波段窄带带通滤波器研究

苏渊红

（电子科技大学，四川成都６１００５４）

【摘要】为了避免频域日益拥挤带来的通信串扰，提高通信质量，高选择性的滤波器被广泛地关注和使用，并成为通信

系统中至关重要的器件。文章基于发夹型谐振腔，设计了工作于Ｋａ波段的窄带带通滤波器，并对其进行了不断地优化和改进。

在此过程中，发现了一种可以压制Ｓｌｌ的方法。最终得到的滤波器各项指标较好，且体积较小，在同类滤波器中具有一定的优

势。

【关键词】发夹型谐振腔；带通滤波器；高性能；压制

【中图分类号】ＴＮ７１３．＋５ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８—１１５１（２０１０）０５—００３１—０２

（一）引言

Ｚ０＝５０Ｄ，代入以上各式，可以算出是 关于频率 的关系

进入２１世纪，人类进入了信息时代，对信息的价值越来

式，利用该表达式，令０２取不同的值，得到一组 的值，得

．

越重视，对通信的要求越来越高，各种通信系统相继发展起

来。与此同时，信号频域变得越来越拥挤，使得用户间产生

到图２。

串扰的可能性大大提高。为了避免各个频道之间的串扰，保

证高质量的通信，要求系统具有高选择性，高的带外抑制度。

为了完成无线通信系统选择特定频率，抑制不需要频率成分，

并将需要的成分无损耗传输的任务，微波滤波器起到了至关

重要的作用。微波滤波器的性能，很大程度上决定了射频信

号的质量，直接影响到系统的性能。本文采用微带滤波器中

比较成熟的发夹形结构，仿真并优化了一个中心频率处于Ｋａ

波段的极高频窄带带通滤波器。

（二）发夹型结构谐振腔

图２等效电路 模拟曲线

２１

发夹型结构是一种小型化的滤波器结构，被广泛的研究

从图２可以看出，等效电路计算出的 曲线为一个带通

和使用。Ｃｒｉｓｔａｌ ａｎｄ Ｆｒａｎｋｅ１ ６首先将半波长谐振器折叠起

滤波器。该图是在厶：Ｇ：ｃ１：１的情况下得到的，实际中这

来，形成一个 字形结构，称作Ｈａｉｒｐｉｎ谐振腔。由微带线

几个元件的值会很小，得到的中心频率会相应的提高。同时，

理论可知，一条终端开路的半波长微带线可以等效为一个串

这个波形是在单一的谐振腔的条件下得到的，故带宽很小。

联谐振电路，而微带线的两端相当于两个电容接地，这样可

以画出单个Ｈａｉｒｐｉｎ谐振腔的等效电路，如图１。

当多个谐振腔共同工作，通过仿真软件对各自的耦合关系进

行调整，让它们之间的耦合关系调整的比较好，就可以将带

几

宽拓宽，同时达到其它性能的要求。

（三）交叉匹配发夹形极高频窄带带通滤波器

发夹型结构作为一种紧凑型的结构，在滤波器设计中被

广泛使用，并延伸、变化出了很多新的结构。本文中的滤波

图１发夹型谐振腔等效电路

器，最初原型来源于Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｋｕ－Ｂａｎｄ Ｃｌａｓｓｉｃａｌ

根据参考文献中的对电磁场奇偶次模的理论分析，可以

ａｎｄ Ｃｒｏｓｓ—Ｃｏｕｐｌｅｄ￣ｄｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｈａｉｒｐｉｎ Ｆｉｌｔｅｒｓ。在此设

对图１中的等效电路进行分析。

计中，采用相对介电常数为２．２的ＲＴ／５８８０介质基片，微带

线导带采用３ 厚的金，宽度为０．２毫米。

‘，∞１ 厶＋ ２ ．志＋，∞Ｌｌ 面１）－，∞Ｌ２

一

、

ｌｌ¨ ：

厶＋志

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为了简化分析，令厶：ｃＩ：ｃ２：Ｉ，且为了便于匹配

图３ 滤波器初始结构及其仿真曲线

【收稿日期】２０１０—０３—０５

【作者简介】苏渊红（１９８６一），男，电子科技大学电路与系统硕士研究生，研究方向为射频与微波电路研究设计。

．

３１．

在优化过程中，将主要针对谐振腔宽度Ｃ，改变谐振腔长 此不一一赘述。通过尝试，作者发现，在微带线的两端各加

度Ｌ。上下谐振腔间距ｄ，谐振腔之间距离ｗ、ｂ这几个变量 入一个短的微带线，使其和微带线构成一个小的谐振腔，可

进行一些探索，寻求这些参数的变化与滤波器波形的关系，

并最终得到一个比较好的仿真曲线。由于该过程比较繁琐，

在此，只列举２个比较有代表意义的参数作说明。

以起到一定的效果，如图８所示。

经过以上的一系列工作，滤波器从最开始的初始结构，

优化到一个比较好的结果；随后在此结果中加入了微带线以

压制带内５ｍ得到了加入微带线后的结果：之后，为了进一

步改善通带内Ｓｌ。的效果，作者又将加入的微带线形状进行变

图４厶， 取不同值时ｓ２。的曲线图

’

最终，当各几何参数取值为Ｌ ＝１．７ｍｍ，Ｌ２＝１．６ｍｍ，

ｗ＝０．５ｍｍ，ｂ＝０．１ｍｍ，ｃ＝０．７ｍｍ，ｄ＝０．３ｍｍ的时候，可以得到一

组比较好的仿真波形。

｝； ；Ｉ

ｌ

｜ 一 ＼ｉ ＿。、。

／

／

／

图５优化结果的仿真曲线图

在对初始结构进行优化得到的结果中，带内Ｓ 还比较高，

需要对其进行压制。通过多次尝试发现，发现在初始结构的

下面两个谐振腔内，加入一根微带线（如图６），可以起到一

定的效果。经过试验，作者发现，微带线的长短和其所处位

置对Ｓｌ。的影响最为明显，在下文将对这两个参数分别进行变

化，并测量其对滤波器波形的具体影响，以期找到一个比较

好的契合点。

图６在结构中加入微带线示意图

通过在初始结构中加入微带线，并对微带线的位置及长

短进行优化，得到了图７的结果，其中，Ｓ＝０．１，Ｌ＝Ｉ．４。从

仿真波形可以看出，通带内 很平坦，两个传输零点也很明

显，陡峭度也能达到要求。通带内Ｓ 比初始结构中下降了很

多，但在２７．５ＧＨｚ左右有一个比较高的点，如图中标注的Ｍ

点。下面的工作就主要针对这个点，把这个点往下移动，从

而使整个通带内ｓｌ 的值都达到一个比较低的水平。

图７对微带线优化结果的仿真波形

为了将图７中的ｉ点往下拉，作者作了很多尝试，如：

将所加的微带线宽度进行变化：再引入一个微带线并改变两

根微带线的相对位置；在微带线中引入不连续结构等等，在

．

３２．

化，得到了最终的仿真结果，如图８所示。

，

＋ —前

二： 二

…

； ｉ｜＿

ｉ

１

图８微带线变形和Ｒ变化时Ｓｌ。波形

图９滤波器最终结构图

如图９，即为滤波器最终的结构图，图中标注了一些参数。

滤波器最终面积为６．２×５．５：３４．１ ｍｍ２。其仿真结果如图１Ｏ

所示。

图１０滤波器最终结构仿真波形

从仿真结果可以看出，该滤波器带内平坦度很好，左右

两个传输零点也很明显，带内Ｓ 压制的效果也很好，都在

２０ｄＢ以下，可以很好地满足要求．

（四）结论

本文从比较成熟的发夹型谐振腔的基础上，通过仿真和

优化，得到了一个各项指标都很优异的窄带带通滤波器。在

优化过程中，发现了一种通过添加微带线，改变局部耦合关

系，来压制 的方法。

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