一種帶抽頭結構發夾線濾波器的設計

（中國電子科技集團公司第29研究所，四川成都 610036）

0 引言

微波濾波器作為整機中的一個關鍵部件，要求濾波器具有帶內插損低、帶外抑制度高，以避免非工作頻段信號的干擾。微波傳輸線靠近時，在中心頻率的信號傳輸功率最大，在離中心頻率越遠的兩端信號傳輸功率逐漸減小，形成平行耦合的帶通濾波器效應[1]，其插損曲線如圖1所示。

隨著微波混合集成電路的迅速發展，更要求濾波器調試量小，尺寸小，便于集成到射頻組件中。射頻接收機會有多個濾波器，甚至上百個濾波器做信道選擇，對器件的小型化要求非常高。當前對濾波器的小型化主要有以下幾個方面：（1）利用微波有源電路做成微波單片集成（MMIC）有源濾波器；（2）采用高介電常數的介質材料以減小傳播波長，從而縮短諧振器的長度；（3）微帶諧振器形式或結構的改進。本文結合第2種和第3種方法，采用抽頭結構的耦合方法來設計濾波器，并用Microwave Office建立電路模型快速仿真綜合，獲得準確的設計結果。

1 濾波器的設計

相對帶寬15%～30%的濾波器最不好設計，采用抽頭交指濾波器，雖可達到低插損、高選擇性，但交指濾波器調試量大，又對接地要求非常高。用軟基材作可以滿足接地的要求，但尺寸較大。而且軟基材在高低溫情況下，性能參數會發生變化，很不穩定，不便于混合集成的需要。采用高介電常數99.6%的氧化鋁可滿足尺寸小，一致性好，但接地很難達到抽頭交指濾波器的要求。平行耦合線型濾波器具有調試量小，一致性好的特點，便于加工和集成的需要。但平行耦合線濾波器的缺點是相對帶寬大，就要耦合緊[2]，即要求小而精確的間隙。特別是第一級的耦合間隙特別窄，一般小于0.1mm，在加工上很難實現。平行耦合線的耦合節在一個方向上，級聯后尺寸很長，射頻組件難集成。發夾線濾波器是半波耦合的一種改良結構，終端開路不用接地，減小耦合線的長度誤差，也降低了加工難度，如圖2所示。

發夾線濾波器電路型式如圖2所示，歸一化偶模特性阻抗可由下式計算：

f0是中心頻率，f1與f2分別是下邊頻和上邊頻。考慮到諧振器末端的雜散電容，每個耦合長度隨不同的諧振器而略微改變[3]。對微波小型化集成的需求，綜合抽頭交指濾波器和平行耦合線濾波器的優缺點，用緊湊型的發夾線濾波器結構，再將輸入輸出的位置采用抽頭的方式減小，能夠滿足微波平面電路小型化設計的要求。

2 具體設計實例

實際作一個抽頭發夾線濾波器，其設計指標：中心頻率f= 6.0GHz，相對帶寬BW=17.5%。材料用介電常數9.9的99.6%氧化鋁，δ=0.38mm。首先采用Parfil進行濾波器綜合，得到初始值；再將初始值帶到Microwave Office里建立電路模型分析，優化，最后得到結果如圖3所示。

設計抽頭發夾線濾波器的關鍵在兩端抽頭位置的設計上。抽頭的設計是利用圖形變換法，建立抽頭耦合電路和導帶耦合電路之間的對應關系，從而得到抽頭的位置和抽頭導帶寬度[4]。

根據 Microwave Office 的優化值，設計加工濾波器電路如圖4所示，寬度小于6mm。

實際測試濾波器帶內2.8dB，帶內波動小于1dB，輸入輸出駐波小于1.5，帶外抑制大于50dBc，如圖5所示。

3 結語

本文提出的抽頭發夾線濾波器設計，優化值和仿真值非常一致。這種濾波器在Q值有限的情況下，不需要增加耦合的階數，就可以在近端實現較高帶外抑制。還具有體積小、一致性好、容易加工的優點，有很高的推廣價值。