一種基于叉指型結構的寬阻帶微波低通濾波器的仿真設計

司馬衛武

摘 要：微帶濾波器由于其輕便，體積小和易于制造等優異的特點而得到了廣泛的應用。但是經過Richards變換和黑田規則得到的低通濾波器由于變換函數的周期性在高頻段出現了嚴重的寄生通帶，且采用的切比雪夫模型在過渡帶的性能可以得到進一步的改進。本文采取高低阻抗變換得到的橢圓函數低通濾波器，加入叉指結構的諧振單元后相比于以前的濾波器有更好的過渡帶性能和高頻段的寄生通帶的寄生能力，三倍頻處的正向電壓傳播系數仍抑制在-40dB以下，且其匹配性能在通帶內的駐波比最大為1.5，基本符合濾波器設計要求。

關鍵詞：寬阻帶；橢圓函數；高低阻抗；叉指結構

Abstract：Microstrip filter has been widely used due to its outstanding characteristics such as lightweight，small size，easiness to manufacture and so on.But the lowpass filter gotten by Richards transformation and Kuroda rule has serious parasitic passband due to the periodic character of transform function.Furthermore，transition band of filters transformed from Chebyshev model can be further improved.This article focuses on the elliptic lowpass filter gotten by high and low impedance transformation，which has better performance of transition band and restraint capacity for parasitic passband at higher frequency after adding pectinate resonant unit.Forward voltage transmission coefficient at three times frequency can be still restrained under -40dB，with standing wave ratio within passband up to 1.6 which indicates good matching performance.It can be concluded that the design requirement of filter have been basically fulfilled.

Key words：Wide stopband；elliptic function；high and low impedance；pectinate structure

1 理論依據

叉指型結構：在傳統枝節型微帶低通濾波器中引入了一種叉指型結構，在沒有影響帶內特性的情況下，有效抑制了寄生通帶，拓展了阻帶。叉指型結構可以看作是高阻抗線電感和叉指耦合電容的組合，具有帶阻特性。

2 設計與仿真

2.1 所用介質基材和銅膜信息

實驗所用基材為Taconic公司的RF-35系列基材，RF-35是一種層壓在Taconic產品中的ORCER系列材料中的有機玻璃。它基于編織紋的加固型玻璃。可以查到在1.9GHz下的相對介電常數和介電損耗角分別為0.35和0.0018，介質厚度為0.76mm，銅膜厚度為0.035mm。

2.2 HFSS對叉指型結構諧振響應的仿真

叉指型結構的諧振頻率與叉指型結構的長度和縫寬度有關，可以在HFSS中對叉指型結構進行建模，以其長度和縫寬度為變量，找到能夠有效抑制寄生通帶的諧振頻率相關的長度和縫寬度。經過一系列調整，可以發現在縫寬為0.2MM，長度分別為1.6MM和1.7MM時可以有在寄生通帶出現時達到諧振吸收峰的效果。

2.3 寬阻帶濾波器模型的建立

進行設想可以將叉指型結構與基礎橢圓函數高低阻抗濾波器進行級聯，這樣即可在三次頻處進行對高次波的抑制。

對濾波器模型進行仿真可以看到濾波器在三倍頻內的阻帶抑制良好，而帶內駐波比最大值在1.5，匹配程度在可接受的范圍內。

3 結語

一般的經過Richards變換和黑田規則由集總電路變換來的低通濾波器由于三角函數的周期性在偏離中心頻率處等效效果差，而高低阻抗等效變換方法等效效果較傳統等效方法好。另外叉指型結構與單純的低通濾波器級聯可以達到有效抑制高次頻的效果。

參考文獻：

[1]呂旭敬.寬阻帶微波濾波器的設計與研究.電子科學技術大學[D].

[2]王子宇，王心悅，等譯.Reinhold Ludwig，Gene Bogdanov.射頻電路設計-理論與應用，電子工業出版社2009.

[3]周明，童創明.一種新穎的小型寬阻帶低通濾波器.電訊技術，2010，50（4）：74-77.

[4]楊一飛.DGS技術在微帶濾波器中的應用.南京理工大學[D].

[5]蒲洋，劉長軍，等基于交指諧振結構的微帶低通濾波器改進設計.電視技術，2007，42（2），51-54.

[6]Taconic公司.Taconic RF-35 Technical Data Sheet.