一種新穎的三頻帶通濾波器的設計方法

【摘要】介紹了一種可用于設計三頻帶通濾波器的倒F型枝節(jié)加載諧振腔，通過調節(jié)枝節(jié)的各段長度及位置就可以實現(xiàn)所需的三個諧振頻率，可方便的用于任意頻率比的三頻帶通濾波器設計。

【關鍵詞】三頻帶通濾波器；倒F型枝節(jié)；諧振腔

隨著無線局域網(wǎng)（WLAN）和全球微波接入互操作（Wimax）的迅速發(fā)展，多頻通信系統(tǒng)將成為今后無線通信的主導發(fā)展方向。本文提出了一種新型的三頻帶通濾波器設計方法，構成該濾波器的諧振腔是通過在通常的開環(huán)諧振腔內加載一個倒F型枝節(jié)，通過調節(jié)該枝節(jié)的各段長度及位置就可以實現(xiàn)所需要的三個諧振頻率。

1.傳統(tǒng)的三頻帶通濾波器的設計與分析

傳統(tǒng)的三頻帶通濾波器通常采用階梯阻抗諧振腔（SIR），通過調節(jié)階梯阻抗微帶線的電長度和特性阻抗，實現(xiàn)三個諧振頻率，這種方法設計過程較為復雜，而且需要采用高阻抗微帶線才能達到設計目標，這會使設計中的高阻微帶線過細，導致加工困難，影響濾波器特性。

2.新穎的倒F型枝節(jié)加載開環(huán)諧振腔的設計與分析

2.1 結構

結構如圖1所示，利用外圍尺寸La確定諧振腔的基本諧振模式后，只需要通過調節(jié)枝節(jié)的長度L1和L2及位置Ls和L3，就可以把諧振腔的高次諧振模式調節(jié)到所需要的位置，從而實現(xiàn)三頻帶通濾波器的設計，而不需要改變微帶線的寬度，從而有效避免使用太細的微帶線進行設計，從而使三頻帶通濾波器的加工更加容易，有效減小加工誤差。

2.2 仿真

對該諧振腔利用軟件Ansoft HFSS進行仿真得到其前三個諧振頻率隨諧振腔結構參數(shù)的變化曲線由圖2給出。圖2（a）繪出了圖1結構的諧振腔前三個諧振頻率隨諧振腔外圍尺寸La變化的曲線，并與不加載倒F型枝節(jié)的開環(huán)諧振腔諧振頻率進行比較，分別用withF和withoutF表示。從圖2（a）中可以發(fā)現(xiàn)，諧振腔的基模諧振頻率在兩種情況下基本保持一致，而高次諧振模式的頻率值由于倒F型枝節(jié)的存在發(fā)生了明顯的變化，可見加載倒F型枝節(jié)可以有效的降低高次諧振模式的頻率值，而基模的頻率可通過不加載倒F型枝節(jié)的諧振腔進行初步估計，即改變諧振腔的外圍尺寸La調節(jié)基模的諧振頻率。

倒F型枝節(jié)加載的開環(huán)諧振腔的前三個諧振頻率隨枝節(jié)長度L1變化的曲線由圖2（b）給出。從圖中可以看出，隨著L1的增加，高次模式頻率降低，而基模的頻率幾乎保持不變。因此，在諧振腔外圍尺寸不變的條件下，我們可以通過調節(jié)枝節(jié)長度L1的值改變高次模式頻率，以實現(xiàn)所需要的頻率比。

2.3 倒F枝節(jié)的位置及長度對三頻帶通濾波器頻率比的影響

改變枝節(jié)的長度參數(shù)L1，L2，位置參數(shù)Ls和L3，就可以計算出隨參數(shù)L1變化的高次諧振模式頻率f3，f2與基模頻率f1的比值f3/f1和f2/f1，這種設計方法的頻率比的可調范圍是比較大的。取Ls=7mm和17mm時，參數(shù)L1和Ls對頻率比具有較大的影響，而L3=1mm和9mm時，參數(shù)L3和L2對頻率比的影響相對較小。因此，我們在設計中，可以先調節(jié)參數(shù)L1和Ls粗略的確定所需要的頻率比，再改變參數(shù)L3和L2的值進行更為精確的設計，以實現(xiàn)我們的設計目標。

從以上的分析可以看出，改變倒F枝節(jié)的位置及長度可以實現(xiàn)各種頻率比的三頻帶通濾波器設計，而且該種設計方法結構簡單，加工容易，可廣泛應用于多頻無線通信系統(tǒng)中。

3.結語

本文對多頻帶通濾波器的設計中，提出了一種可實現(xiàn)三通帶設計的倒F型枝節(jié)加載諧振腔，對它的特性進行了分析研究，通過調節(jié)枝節(jié)的長度及位置，可實現(xiàn)不同的頻率比以適應于多頻通信系統(tǒng)的應用。證明了這種方法在設計無線通信系統(tǒng)三頻帶通濾波器的可實用性。

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作者簡介：孟卓（1986—），男，陜西渭南人，陜西能源職業(yè)技術學院電子工程系助教，研究方向：檢測及自動控制。