三線耦合結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 三線耦合結(jié)構(gòu)的超寬帶帶通濾波器的設(shè)計(jì) 1 引言 隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)信息系統(tǒng)的通訊速率和通信質(zhì)量的要求越來(lái)越高。在此背景下，超寬帶技術(shù)（UWB）成為目前通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。20*年2月，美國(guó)聯(lián)邦委員會(huì)授權(quán)了3.1GHz10.6 GHz之間的頻帶范圍應(yīng)用于UWB通信。由此，作為通信系統(tǒng)重要組成部分的UWB帶通濾波器的研究也取得了很大的發(fā)展。文獻(xiàn)提出了一類基于高損耗材料的寬帶濾波器，擁有平整的寬帶特性，但是插入損耗太大。諧振環(huán)和開(kāi)路枝節(jié)的構(gòu)造被用來(lái)實(shí)現(xiàn)超寬帶濾波器，但是回波損耗只有10dB用高通和低通濾波器組合構(gòu)造實(shí)現(xiàn)帶通特性。并聯(lián)短路枝節(jié)用來(lái)控制帶外

2、特性。 為獲得低損耗和易于加工的構(gòu)造，多模帶通濾波器被廣泛研究。近年來(lái)，隨著新材料和新構(gòu)造的發(fā)展，EBG構(gòu)造被引入超寬帶帶通濾波器的研究當(dāng)中。 本文提出了一類應(yīng)用微帶三線耦合構(gòu)造和并聯(lián)短路枝節(jié)的平面超寬帶濾波器。利用耦合傳輸線實(shí)現(xiàn)寬帶特性，短路枝節(jié)獲得良好帶外抑制。該濾波器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，構(gòu)造緊湊，有良好的帶內(nèi)帶外特性。插入損耗低于1.5dB,回波損耗高于15dB，帶內(nèi)時(shí)延小于0.3ns,到達(dá)了通信要求，可以廣泛應(yīng)用與微波超寬帶通信中。 2 理論分析 這類超寬帶帶通濾波器由兩部分組成。平行耦合線和并聯(lián)短路枝節(jié)。我們知道，g/4耦合傳輸線可以實(shí)現(xiàn)帶通特性。兩個(gè)傳輸零點(diǎn)分別位于f0和2f0處。為了獲得更

3、大的帶寬，我們用三線耦合代替雙線耦合來(lái)增加耦合強(qiáng)度。如圖1所示，3-dB帶寬由95%提高至105%。圖2給出了3-dB帶寬隨著耦合線寬（W1，W2）和帶隙寬度（S）變化情況。 （a） 示意圖 （b） 傳輸特性S21變化圖 圖1 雙線和三線耦合構(gòu)造 （a） （b） （c） 圖2 3-dB帶寬隨著 （a） 帶隙寬度（b）耦合線寬 （c） 耦合線寬變化情況 為了獲得良好的帶外特性，我們引入兩節(jié)并聯(lián)短路枝節(jié)，分別位于耦合線的兩側(cè)。圖3給出了并聯(lián)短路枝節(jié)的傳輸特性。我們發(fā)現(xiàn)，隨著長(zhǎng)度增加，帶隙向低頻移動(dòng)；隨著寬度增加，帶隙略向高頻移動(dòng)。由此，我們可以通過(guò)改變短路枝節(jié)的長(zhǎng)度、寬度來(lái)影響濾波器的帶寬。 圖3

4、 并聯(lián)短路枝節(jié)（a） 示意圖。 傳輸特性隨（b）線寬，（c） 長(zhǎng)度變化情況 3 濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，我們首先通過(guò)改變耦合傳輸線的寬度和縫隙寬度來(lái)選擇合適的奇偶模阻抗；然后選擇合適的短路枝節(jié)的長(zhǎng)寬，保證帶隙位于12GHz左右。我們用電磁仿真軟件Microwave office開(kāi)展原理電路分析，用電磁仿真軟件CST開(kāi)展三維仿真。采用介電常數(shù)為2.65,高度為1.0 mm的聚四氟乙烯電路板開(kāi)展加工。 圖4 所設(shè)計(jì)超寬帶濾波器（a）示意圖 （b）等效電路 圖4（a）給出了所設(shè)計(jì)超寬帶帶通濾波器的構(gòu)造尺寸圖，相應(yīng)的電路等效圖在圖4（b）給出。耦合傳輸線的作用類似一個(gè)導(dǎo)納變換器。 圖5 所設(shè)計(jì)超寬帶濾波器（a）照片 （b）結(jié)果比較 圖5（a）為所設(shè)計(jì)超寬帶帶通濾波器的實(shí)物照片，相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果在圖5（b）給出?？梢钥闯鰷y(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果吻合良好，覆蓋了3.110.6GHz整個(gè)通信范圍。帶內(nèi)插入損耗低于1.5dB，回波損耗高于15dB，帶內(nèi)群時(shí)延小于0.3ns，帶外特性好于15 dB。 4 結(jié)束語(yǔ) 本文提出了一類應(yīng)用三線耦合構(gòu)造和并聯(lián)短路枝節(jié)的超寬帶帶通濾波器。該類濾波器利用耦合傳輸線實(shí)現(xiàn)寬帶