基于枝节加载的超宽带滤波器的设计

…………………………一竣　应　一　ｌ　基于枝节加载的超宽带滤波器的设计　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＵＶ／Ｂ　Ｂａｎｄｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｔｕｂ　Ｌｏａｄｅｄ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ　电子科技大学物理电子学院应用物理研究所Ｆｕ　Ｚｈｏｎｇ—Ｌｉａｎｇ　付忠良　（ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ。Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇ　ｄｕ。６１００５４）　【摘要】本文提出了一种具有新型枝节加载谐振结构的超宽带滤波器，具有良好的超宽带特性，其３ｄＢ带宽为２．６５ＧＨｚ一１０、９５ＧＨｚ，并且通带内３．１８ＧＨｚ一１０．４６ＧＨｚ￣范围内　ｓ１１＞２０ｄＢ。通过仿真的结果可以表明使用本文采用的枝节加载形式，可以实现滤波器良好的的选择性以及阻带特性。　【关键词】超宽带；带通滤波器；枝节加载；阻带抑制　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ￣ｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵｗＢ）ｂａｎｄｐａｓｓｆｉｉｗｒｓｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔｕｂｌｏａｄｅｄ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，ａｎｄｈａｓ　ａ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｄｙｗｉｄｅｎｅｄｐａｓｓｂａｎｄ．Ｔｈｅｆｉｌｔｅｒｈａｓ　ａ　３ｄＢ　ｐａｓｓｂａｎｄ　ｃｏｖｅｒｉｎｇ　２．６５ＧＨｚ一１０．９５ＧＨｚ．ａｎｄ￥１１＞２０ｄＢ　ｆｒｏｍ　３　１８ＧＨｚ　１０．４６ＧＨｚ　ｉｎ　ｉｔｓ　ｂａｎｄ．ＴＨＥ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｉｎ　ｇｏｏｄ　ａｇｒｅｅｍｅｎｔ，ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｕ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｉｎ・ｂａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｗｉｄｅ　ｕｐｐｅｒ—ｓｔｏｐｂａｎｄ　ｂｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｈｅｔ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｕｂ　ｔｌｏａｄｅｄ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＷＢ；Ｂａｎｄｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ；Ｍｕｌｔｉ—ｓｔｕｂｓ　ｌｏａｄｅｄ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ；Ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｂａｎ＠ａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　１．引言　超宽带滤波器整体结构（ｒｌ＝Ｏ．５，ｗｌ：１．３　ｗ２＝Ｏ．２，ｗ３＝０．１，ｗ４＝．０１，ｗ５＝Ｏ．２，ｗ６：０．３　１６．６ｍｍ×１３ｍｍ。　自２００２年美国联邦通讯委员会（ＦＣＣ）批　准把３．１ＧＨｚ￣ｒＪ１０．６ＧＨｚ之间的频段分配给超宽　带通信系统使用…以来，小型化，高性能已经　成为了超宽带无线通信系统的必然趋势　。　文献［２］中首次提出了基于多模谐振器的超宽　带滤波器设计方法。文献［３］中为了改善这种　基于多模结构超宽带滤波器的高阻带特性，采　用了多枝节加载的谐振器结构。此外，为了提　高超宽带滤波器的选择性，在文献［４］中提出　了一种阶梯阻抗枝节加载的谐振器结构。　本文提出了一种具有新的枝节加载谐振器　结构超宽带滤波器。结构为使用圆形开路阶跃短　截线为中心枝节，通过圆形谐振器控制奇偶模式　的分布；通过短路和开路枝节控制带外抑制。该　滤波器具有小尺寸，良好选择性等优点，为设计　新型的超宽带滤波器提供了新的思路。　２．超宽带滤波器的结构　由文献［６］中首次使用圆形开路阶跃短截　线单元进行超宽带滤波器的设计。在文献中可　以知道这种单元具有低通特性，并且其截止频　率会随着半径Ｒ的增大而减小，边缘响应也随　之变得都陡峭。这样，我们可以使用加载其他　枝节引入传输零点的方法得到好的阻带特性。　图１为所设计超宽带滤波器的整体结构。　整体电路左右对称，使用介电常数为ｌ０．２，　厚度为１．２７ｍｍ的Ｒｏｇｅｒ　ＲＴ／ｄｕｒｏｉｄ６０１Ｏ介质基　板，端口阻抗为５００ｈｍ。考虑的制作工艺的难　易度和可行性，所有微带间缝隙宽度不小于　０．１ＩＩｌＩＩｌ，且金属化过孔的半径不小于０．１ｍｍ。　ｒ２＝Ｏ．Ｉ，ｓ＝Ｏ．１，单位：唧）　每每　４　图２短路和开路枝节等效电路　图３电路仿真结果　：—　、一　　…　ｌ＝＝　，　雩』　量　…Ｉｉ—１广　　？ｌ　：　……………．．　图１超宽带滤波器整体结构　…一…．图２则为圆形阶跃短截线两边开路及短路　４结论　枝节的等效电路。两种枝节的输入阻抗可以表　本文提出了一种新的枝节加载谐振器的　示为：　设计思路并分别设计了一种新型的超宽带滤波　Ｚ　＝：／Ｚｏｔａｎ０　（１）　器。经过仿真验证，表明该滤波器具有结构紧　Ｚｍ＝一／Ｚ０　ｃｏｔ０　（２）　凑、带宽宽、带外抑制良好等优点。　这里　和０为枝节的特性阻抗以及电长　度。当　分别等于０。，９０。，１８Ｏ。的时候，ｚ　分　参考文献　【１】“Ｒｅｖｉｓｉｏｎ　ｏｆＰａｒｔ１　５　ｏｆｔｈｅＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｔａｌｃｓ　ｒｃｇａｒ－　别等于０，∞，０，ｚ　２分别等于∞，０，∞。　ｌｉｎｇ　ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅｂａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，　Ｔｅｃｈ　Ｒｅｐ　ＥＴ—　由此可以得到，当超宽带滤波器的中心频率的　ｃ　９８—１５３，ＦＣＣ０２—４８Ａｐｒ．２００２．　０：９０。的时候，由短路枝节可以得到两个传输　Ｄｏｃｋｅｔ２】Ｉ　．Ｚｈｕ，Ｓ．Ｓｕｎ，ａｎｄ　Ｗ．Ｍｅｎｚｅｌ，“Ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）　零点，并且能提高滤波器的选择性。而又由于　【ｂａｎｄｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｍｏｄｅ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，　ＩＥＥＥ　开路枝节的存在，当开路枝节的电长度等于带　ｃｒｏｗａｖｅ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏ１．１５，ｎｏ．１１，ｐｐ　７９６—　外频率抑制点的１／４波长的时候，能够提高带　Ｍｉ７９８，Ｎｏｖ　２００５．　外阻带的性能。在这篇文章里，我们设置带外　［３ＪＲ．Ｌｉ　ａｎｄ　Ｌ．Ｚｈｕ，“Ｃｏｍｐａｃｔ　ＵＷＢ　ｂａｎｄｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　ｕｓｉｎｇ　抑制频率点为１５ＧＨｚ。　ｓｔｕｂ—ｌｏａｄｅｄ　ｍｕｌｉｔｐｌｅ—ｍｏｄｅ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，　ＩＥＥＥ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　通过以上的分析，一个新型的枝节加载超　ｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏ１．１７，ｖｏ．１，ＰＰ．４０—４２，２００７．　宽带滤波器就可以得到，电路的初始尺寸也可　ＷｉＱ　Ｘ　Ｃｈｕ　ａｎｄ　Ｘ　Ｋ．Ｔｉｎ，“Ｄｅｓａｉｇｎ　ｏｆＵＷＢ　ｂａｎ＠ａｓｓ　ｆｉｌｔｅ￣　以由上述分析得到，最后使用ＨＦＳＳ进行仿真和　ｕｓｉｎｇ　ｓｔｅｐｐｅｄ—ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　ｓｔｕｂ　ｌｏａｄｅｄ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，　ＩＥＥＥ　优化。　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏ１．２０，ｎｏ．９，　３．仿真结果与分析　ＰＰ．５０１—５０３，２０１０．　通过ＨＦＳＳ仿真得到的仿真曲线如图３所示。　ｓｉｘ　Ｙ．Ｚｈａｎ　Ｘ．Ｃｈｅｎ　ａｎｄ　Ｑ．Ｘｕｅ，“Ｄｕａｌ—ｂａｎｄ　ｂａｎｄｐａｓｓ　从图中可以看出，滤波器测试带宽为３．１８ＧＨｚ￣ＩＪ　【ｉｌｔｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｓｔｕｂ—ｌｏａｄｅｄ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ，　ＩＥＥＥ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　１０．４６ＧＨｚ，且通带两端具有较好选择性，插入　ｆｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏ１．１７，ｎｏ．８，ＰＰ．５８３－５８５，２００７．　损耗小于０．２５ｄＢ，带内时延平坦，其２０ｄＢ阻带　Ｗｉ６］姚彬严，超宽带滤波嚣的研究和设计【Ｄ】．南京航天航　抑制范围可以达到１５ＧＨｚ，从而验证了设计的　［２００９．　有效性。此外该滤波器结构紧凑，物理尺寸为　空大学硕士学位论文，６．结束语　（ＤＲＶ）板、２块点子（ＲＣＶ）板和５Ｖ与４８Ｖ电源　ＲＳ一２３２串行口的插座和全部端子针和点子针的　构成，全部安装在一个标准的１９英寸６ｕ子架　引出插座。为了提高整机抗电磁干扰的性能和　内。每块ＤＲＶ板有６００多个零件，每块ＲＣＶ板有　防止异物掉落进子架损伤电路板，在子架的顶　１０００多个零件，整机零件数量共计约４５００个。　部和底部安装了铝屏蔽网罩。　ＤＲＶ板＊ＩＩＲＣＶ板是６Ｕ高２ｌ０毫米长的大板，ＭＣＵ板　是３ｕ高２１Ｏ毫米长的小版。一块３ｕ高全长背板　＿＿＿＿＿－　‘　。　。＿＿Ｉ＿＿ＪＩ一‘＋，ｆ＿＿＿－＿Ｉ＿＿一Ｉ－‘●，　＿＿＿＿＿Ｉ－＿‘－一　１＿一－－＿＿＿＿＿－一＿‘　，●。一　整机要具有较强的抗干扰能力和提高电　磁兼容性的设计思想，贯彻在设计过程的各个　阶段。自２００４年９月完成安装调试。投入使用　后，在工业现场一直运行稳定可靠，没有发生　过故障，实现了高可靠性的设计目标。　参考文献　［１］ＡＴ８９Ｓ５２数据手册［ｓ］．ＡＴＭＥＩ　公司．　［２］Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｌｏｇｉｃ＆Ｌｉｎｅａｒ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　Ｇｕｉｄｅ　ＣＤ—ＲＯＭ　Ｔｅｘａｓ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．　连接ＭＣＵ板，全部ＤＲＶ板＊￣ＲＣＶ板。６块小转接板　分别连接到各个ＤＲＶ和ＲＣＶ板做测试端子的引　出。由于ＭＣＵ板和其它板子高度不同，所以在　子架中安装了分层架，把子架内部空间分隔　成左右两部分。左侧分隔成上下两层，每层　３ｕ高。ＭＣＵ板安装在子架的左侧上层，ＤＲＶ板和　ＲＣＶ板均匀排列安装在子架中间偏右侧。前面　板上安装电源开关和保险丝。背板上预留了　作者简介：郑毅（１９７３一），大学专科，助理工程　师，主要从事电子技术应用与嵌入式产品设计工作。　电子世界一１３９—