零点可控的1/4波长谐振器滤波器

陈依军，胡柳林，刘云刚，金 珠

（成都嘉纳海威科技有限责任公司，四川 成都 610016）

0 引言

在无线电技术中，滤波器一直以来是许多设计问题的中心[1-2]。平面滤波器由于其更简易的制造工艺，低成本，适于商业活动的特点而越来越广泛地应用于微波/射频电路系统中[3-6]。但是随着人们需求的激增，对滤波器提出越来越严格指标，其中带外抑制也成为了滤波器设计的中心问题之一，而在带外增加传输零点可以实现比较好的抑制效果。文献[7]提出了一种 1/2波长有限频率传输零点平行耦合微带滤波器，但是其不能实现对零点的可控，且结构不紧凑。文献[8]则提出一种利用相邻两个谐振器之间的混合耦合从而在通带附近产生可控零点的滤波器。

为简化零点可控设计并缩小器件尺寸，在此拟引入微带耦合谐振器来设计相关滤波器。谐振器之间靠平行的微带传输线耦合，谐振器长度为中心频率的1/4波长。通过仿真可以发现，其通带附近会产生一个零点，通过调节耦合部分的长度可以轻松实现传输零点的可控。

1 微带耦合线零点产生原理

对于一段端接任意负载的传输线，其微带耦合传输线可用奇偶模分析法分析得到端口的传输系数。图1所示为一段特性阻抗为Zc，长为θ的微带耦合传输线。其中Zoo和Zoe分别表示为微带耦合线的奇模和偶模特性阻抗，令3、4端口开路。根据微带耦合传输线的奇偶分析法可得1、2端口的传输系数为[9]:

令S21=0，可以得出零点时耦合微带线的电长度为:

因此零点频率fz为:

图1 长度为θ的耦合微带线

2 滤波器设计步骤

图2所示为零点可控的1/4波长谐振器滤波器结构图。根据微带谐振器的长度为中心频率1/4波长，耦合长度为零点频率处1/4波长，可以得:

根据公式（5），首先需要设计滤波器的中心频率为f0，由此计算得到相应的1/4波长长度L1+L2+L5。其次设计零点频率 fz，计算求得相应1/4波长长度L2。通过改变两个谐振器之间距离S1实现带宽的调节，当 S1增大，耦合量降低，使得带宽变宽。最后调节L4来改变滤波器的外部品质因数，改善滤波器性能。

图2 滤波器结构

3 设计实例

图3所示为滤波器实物图。该滤波器设计中，采用介电常数为2.55，基片厚度为0.8 mm，损耗正切为0.001的F4B介质基片。滤波器的结构参数如下:

图3 滤波器实物

图4是滤波器的测量和仿真结果图。从图4（a）可以看出，滤波器的中心频率被设计为2 GHz，带宽为190 MHz，零点位于通带右侧的3.06 GHz处，最小插入损耗为1.14 dB，实测中心频率为1.97 GHz，零点位于通带右侧的2.86 GHz，最小插入损耗为147 MHz。图4（b）所示为滤波器的宽带响应，可以看出，滤波器的寄生通带在3倍中心频率处。传统的半波长谐振器构成的滤波器第一寄生通带在2倍中心频率处，因此，该滤波器显示出了良好的带外抑制特性。并且，由于采用了1/4波长谐振器，其尺寸也大大缩小。

图4 仿真与测试结果

图5所示为当L1+L2+L5不变，改变耦合线长度L2滤波器仿真结果图.从图5可以看出随着 L2取值的不同滤波器传输零点也随之改变。从而验证了前面的通过改变微带耦合线长度来实现传输零点的控制的分析。

图5 . L1+L2+L5不变，不同L2仿真结果

4 结语

对于耦合式的1/4波长谐振器，在保证其总长度不变即对应工作频率固定时，调节其耦合部分的长度可以方便实现相应零点的位置，进而实现不同选择特性的滤波器。这为滤波器的个性化设计提供了方法借鉴，仿真结果以及实验结果均较好地验证了该方法的可行性。另外，从仿真以及实验结果可知，该滤波器还具有2次谐波抑制功能,其寄生通带出现在3倍频处。为进一步提高其选择性以及带外抑制特性，可以建议通过额外的带阻结构集成加载方式。

[1]徐剑,周德云,黄鹤.有色噪声下基于神经-模糊网络的滤波器[J].信息安全与通信保密,2010(03):69-71.

[2]DAVID M P. Microwave Engineering [M].China:Publishing House of Electronic Industy,2010.

[3]周学军,董军堂,雷文礼,等.微波低通滤波器的分析与设计[J].通信技术,2010,43(03):183-184.

[4]郁高峰.阻带具有衰减极点的双通带滤波器[J].通信技术,2010,43(05):230-231,234.

[5]李平.小型化滤波器设计[D].西安:西安电子科技大学,2011.

[6]朱淑婷,赵润生,刘学观.一种新型微带双通带滤波器的设计[J].通信技术,2011,44(06):24-26.

[7]AMARI S, TADESON G, CIHLAR J, et al. New parallel/2 λ-microstrip Line Filters with Transmission Zeros at Finite Frequencies[J].IEEE Microwave Wireless Compon,lett.,2003(01):543-546.

[8]CHU Q X, WANG H. A Compact Open-loop Filter with Mixed Electric and Magnetic Coupling[J].IEEE Microw Wireless Compon. lett., 2010, 20(07):372-374.

[9]王锡良,方宙奇,徐锐敏,等.微波网络及其应用[M].北京:科学出版社,2010.