滤波器设计实例 - 小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案

　　2 滤波器设计实例

　　根据以上介绍的基本原理，本文设计了一个中心频率为3 550 MHz，相对带宽10%（绝对带宽为355 MHz），通带内回波损耗为-20 dB，高端4~13 GHz的抑制要大于20 dB的滤波器。采用的板材是Rogers 5880，其介电常数为2.2，介质损耗角正切为tan δ = 0.000 9，厚度为0.508 mm，铜箔厚度为0.018 mm，其电导率为5.7×107 S/m.

　　根据上面的三阶交叉耦合结构原理，可以得到三阶交叉耦合滤波器的低通原型参数值为［5］：

　　g1 = g3 = 0.757，g2 = 0.921 ; B1 = B3 = 0.098，B2 = - 0.46 ;J12 = J23 = 1，J13 = -0.237.且可得：

　　

　　式中：f0 为谐振频率；f3 dB 为单端激励时谐振器的输入或输出3 dB带宽。

　　从而可以得到滤波器的初步的物理尺寸，再接合全波仿真软件仿真优化，最终得到滤波器的版图如图4所示，其具体的物理尺寸见表1.

　　

　　图5 为该滤波器的仿真结果。从仿真结果可以看到在3.95~13.27 GHz的阻带内，其抑制在-20 dB以下。

　　

　　其在高端产生了2个传输零点TZ1和TZ2，其频率分别为3.99 GHz 和4.55 GHz，其衰减分别为-53.83 dB和-61.25 dB.从图5中可以看到寄生通带的中心频率为13.98 GHz，使其谐波抑制达到3.92倍频，可以看到其宽阻带抑制的特性。

　　图6为加工实物图，可以看到其尺寸相对于传统的滤波器小了很多，说明了此结构具有小型化的优点。滤波器的最终设计尺寸（除了馈线外）仅为12.2 mm×11.5 mm，即0.21λg × 0.2λg，λg 是在中心频率处的波导波长。

　　

　　由表2可知，本文所提的小型化宽阻带滤波器的各项性能大大优于已有文献结果。文献［7］是基于接地开口环的微带滤波器。

　　

　　是微带发夹型SIR 滤波器，与它们相比，本文提出的滤波器的面积最大减小了63.5%，由此可见，此滤波器具有小型化宽阻带的特性。

　　使用的测试仪器为Agilent 公司的E5071C 矢量网络分析仪，在常温条件下对该滤波器进行测试，实际测量结果与仿真结果吻合较好，如图7 所示。从实测结果来看，中心频率为3.63 GHz，带内最小插入损耗为1.01 dB，带内反射优于17.25 dB.在高端有2个传输零点TZ1和TZ2，其衰减分别为-33.12 dB和-52.87 dB.从图7中可以看到，在4.106~13.1 GHz内，其抑制达22.45 dB以上，这说明此滤波器具有很宽的阻带抑制特性。

　　

　　从仿真与实测对比可以看出，仿真与实测稳合较好，具有较好的一致性。只是中心频率稍微有点偏移，且带宽稍微变宽了一点，造成这样误差的主要原因可能是由于制作工艺上的偏差，由于此结构中最小的间距是0.1 mm，通常要求的最小间距是0.2 mm;还有板材的不均匀性、不一致性，以及各种损耗，包括SMA接头损耗、介质基板铜箔的导体损耗、介质损耗和辐射损耗等，这些因素都会对实测结果造成相应的影响。

　　3 结论

　　本文提出了一种小型化宽阻带特性的滤波器的设计方案。该方案设计了一个中心频率为3 550 MHz，相对带宽为10%，高端抑制有2 个传输零点的滤波器，使阻带抑制在3.95~13.27 GHz小于-20 dB，使寄生通带在中心频率的3.92倍处。滤波器的最终设计尺寸仅为0.21λg × 0.2λg，相比于其他发夹型SIR 滤波器，此滤波器的体积减小了63.5%.仿真结果和实测结果都都达到了较好的一致性，并且具有很宽的阻带，较低的插入损耗，呈现出很好的选择性和宽阻带特性，且结构简单，易于实现，显示了很好的优越性。因此本方案具有实际的应用价值。（作者：胡昌海，熊祥正，吴彦良）