一种带抽头结构发夹线滤波器的设计

（中国电子科技集团公司第29研究所，四川成都 610036）

0 引言

微波滤波器作为整机中的一个关键部件，要求滤波器具有带内插损低、带外抑制度高，以避免非工作频段信号的干扰。微波传输线靠近时，在中心频率的信号传输功率最大，在离中心频率越远的两端信号传输功率逐渐减小，形成平行耦合的带通滤波器效应[1]，其插损曲线如图1所示。

随着微波混合集成电路的迅速发展，更要求滤波器调试量小，尺寸小，便于集成到射频组件中。射频接收机会有多个滤波器，甚至上百个滤波器做信道选择，对器件的小型化要求非常高。当前对滤波器的小型化主要有以下几个方面：（1）利用微波有源电路做成微波单片集成（MMIC）有源滤波器；（2）采用高介电常数的介质材料以减小传播波长，从而缩短谐振器的长度；（3）微带谐振器形式或结构的改进。本文结合第2种和第3种方法，采用抽头结构的耦合方法来设计滤波器，并用Microwave Office建立电路模型快速仿真综合，获得准确的设计结果。

1 滤波器的设计

相对带宽15%～30%的滤波器最不好设计，采用抽头交指滤波器，虽可达到低插损、高选择性，但交指滤波器调试量大，又对接地要求非常高。用软基材作可以满足接地的要求，但尺寸较大。而且软基材在高低温情况下，性能参数会发生变化，很不稳定，不便于混合集成的需要。采用高介电常数99.6%的氧化铝可满足尺寸小，一致性好，但接地很难达到抽头交指滤波器的要求。平行耦合线型滤波器具有调试量小，一致性好的特点，便于加工和集成的需要。但平行耦合线滤波器的缺点是相对带宽大，就要耦合紧[2]，即要求小而精确的间隙。特别是第一级的耦合间隙特别窄，一般小于0.1mm，在加工上很难实现。平行耦合线的耦合节在一个方向上，级联后尺寸很长，射频组件难集成。发夹线滤波器是半波耦合的一种改良结构，终端开路不用接地，减小耦合线的长度误差，也降低了加工难度，如图2所示。

发夹线滤波器电路型式如图2所示，归一化偶模特性阻抗可由下式计算：

f0是中心频率，f1与f2分别是下边频和上边频。考虑到谐振器末端的杂散电容，每个耦合长度随不同的谐振器而略微改变[3]。对微波小型化集成的需求，综合抽头交指滤波器和平行耦合线滤波器的优缺点，用紧凑型的发夹线滤波器结构，再将输入输出的位置采用抽头的方式减小，能够满足微波平面电路小型化设计的要求。

2 具体设计实例

实际作一个抽头发夹线滤波器，其设计指标：中心频率f= 6.0GHz，相对带宽BW=17.5%。材料用介电常数9.9的99.6%氧化铝，δ=0.38mm。首先采用Parfil进行滤波器综合，得到初始值；再将初始值带到Microwave Office里建立电路模型分析，优化，最后得到结果如图3所示。

设计抽头发夹线滤波器的关键在两端抽头位置的设计上。抽头的设计是利用图形变换法，建立抽头耦合电路和导带耦合电路之间的对应关系，从而得到抽头的位置和抽头导带宽度[4]。

根据 Microwave Office 的优化值，设计加工滤波器电路如图4所示，宽度小于6mm。

实际测试滤波器带内2.8dB，带内波动小于1dB，输入输出驻波小于1.5，带外抑制大于50dBc，如图5所示。

3 结语

本文提出的抽头发夹线滤波器设计，优化值和仿真值非常一致。这种滤波器在Q值有限的情况下，不需要增加耦合的阶数，就可以在近端实现较高带外抑制。还具有体积小、一致性好、容易加工的优点，有很高的推广价值。