帶SIR結構新型多枝節加載雙頻濾波器*

丁智勇，雷 濤，張正平

0 引言

本文提出的一這種新型雙頻雙頻濾波器結構是以傳統SIR［7］結構為基礎設計的，采用四個新型三階階梯阻抗諧振器耦合而成，用零度饋電的輸入輸出方式實現雙頻。

1 新型階梯阻抗諧振器

我們知道階梯阻抗諧振器SIR是構成組合諧振器的最基本單元，如圖1所示，為一個基本的三節SIR諧振器單元。該結構由三節阻抗分別為 Z1，Z2，Z3，對應電長度分別為 θ1，θ2，θ3組成。定義每一節輸入阻抗為Zin(1，2，3)，由傳輸線理論知，每一節階梯阻抗諧振器SIR等效輸入阻抗Zin(1，2，3)分別為

其中R1，R2，R3分別為三節不同特性阻抗的階梯阻抗諧振器SIR對應的傳輸線電阻。在階梯阻抗諧振器發生諧振時，對于終端短路和開路其輸入導納滿足基本條件是

對于開路:

對于短路:

圖1 微帶三節SIR諧振器的基本結構Fig．1 Basic structure of the trinodal－ SIR

2 諧振器分析

開路枝節加載諧振單元如圖2所示，猶如其結構對稱。采用奇偶模方法進行分析。在偶模激勵條件下，T－T'平面可視為理想磁壁，等效為開路。在奇模激勵條件下，對稱面T－T'平面可視為理想電壁，等效為短路［8］，其奇偶模等效電路如圖3所示。

圖2 本文提出的諧振器Fig．2 Proposed resonator

圖3 新型諧振器的奇模和偶模等效電路Fig．3 Odd－mode and even－mode equivalent circuit of the novel resonator

我們將前面階梯阻抗諧振器的等效為均勻阻抗諧振器，探究枝節對濾波器影響。設均勻阻抗諧振器導納為Ym，長度為Lm，由參考文獻五可以知道其奇偶模諧振頻率。

由上面公式可知，偶模諧振頻率可通過開路枝節單獨調節而不受奇模影響。

1、在高位推動上聯合。切實把宣傳定位于衛生計生工作的重要位置，納入衛生計生目標管理責任，在日常工作中更加突出宣傳先行先導的作用。

奇模激勵時，對稱面T相當于電壁，即是短路。此時的諧振器可以看做是新型的短路三枝節階梯阻抗諧振器，其奇模等效電路如圖3(a)所示。從開路段看去的輸入導納為

同理當偶模激勵時，設Yin，3為從輸入導納為Y3一端看去的輸入導納:

輸入導納為:

3 濾波器設計

根據以上理論分析，本文設計了一款新型雙頻濾波器。采用的介質材料為Rogers Ro4350，厚度為0．508 mm，相對介電常數為3．48。該濾波器如圖4所示。

圖4 濾波器結構Fig．4 Filter structure

該濾波器由兩個新型階梯阻抗諧振器和基于零度饋電抽頭式輸入輸出組成。可以通過調整開路支節的長度和寬度的大小從而調節雙頻諧振，從而控制濾波器的通帶帶寬和中心頻率。為驗證上述推論，在諧振器的其它條件固定不變的情況下，看開路支節對雙頻濾波器的特性影響。如圖5所示。

圖5 枝節長度對濾波器作用Fig．5 Effect of the length to filter

由圖5可知，隨著枝節長度增大，第二通帶中心頻率逐漸變小，第一通帶中心頻率幾乎不變。

下面探究支節寬度對濾波器的影響:

圖6 枝節寬度對濾波器作用Fig．6 Effect of the mult－ stub width to filter

由圖6可知，隨著阻抗器寬度增加，第二通帶帶寬變小，第一通帶帶寬基本不變。

由圖5，6可知，中心加載枝節長度和寬度可獨立控制濾波器帶寬和中心頻率，這種特性增強了設計的自由度，可以得到我們需要的頻率特性。

文獻1，2告訴我們零度饋電能得到兩個傳輸零點，本文雙頻的實現正是基于零度饋電，為了驗證這一特性，我們改變饋電結構，得到如圖7所示。

圖7 饋電點對濾波器作用Fig．7 Effect of feeding point to filter

4 仿真與測量結果分析

通過對該雙頻濾波器進行理論分析，并最終采用HFSS進行電磁仿真優化，最后確定濾波器具體尺寸為，L2=10．1 cm，L4=3 cm，L5=4．1 cm，L7=2．4 cm，L9=0．8 cm，L11=0．79 cm，L13=0．57 cm，s=0．32 cm。設計的濾波器的仿真和實測結果如圖8所示，濾波器實物如圖九所示，測量結果采用矢量網絡分析儀Agilent8722ES測得，測得的兩個中心頻率分別在4．25和6．25 GHz，兩個通帶相對的3 dB帶寬分別為7．2%和2．2%。第一通帶的回波系數S11小于22 dB，插入損耗小于0．2 dB，第二通帶回波系數S11小于25 dB，插入損耗小于0．35 dB。從仿真圖上可以看到各通帶外都有傳輸零點，總共有三個傳輸零點，三個傳輸零點分別為 T1，T2，T3，分別在3．23，5．6，7．2 GHz，對 應 的 衰 減 值 為 54，40，38 GHz，這些傳輸零點增強了各個通帶的帶外抑制。仿真結果與實測結果基本吻合，但是很明顯實測的插入損耗值比仿真的插入損耗值稍大，中心頻率有細微偏移，這些主要是由于加工材料誤差、介電常數不均勻、SMA接頭損耗等引起的。

圖8 雙頻濾波器仿真與測試結果Fig．8 Simulated and measured results of designed dual－band filter

圖9 濾波器實物Fig．9 Real figure of filter

5 結語

通過hfss仿真軟件對該濾波器仿真，分析結果可知，本文構建的濾波器結構能有效的提高帶寬和提高帶外抑制度。各枝節可以獨立控制帶寬和中心頻率。本文對于其中一個諧振器中，一個小的枝節應該影響不大，但是仿真發現，有該枝節比沒有要對濾波器有很大影響，目前本論文尚無法解釋。中心頻率可控，證明其可以廣泛應用于現代無線通信。對于三節階梯阻抗，目前相關論文較少，這種結構能有效的縮小尺寸，有廣泛的研究前景。

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