西安電子科技大學(xué) 劉 玄 趙益民

一種基于SIR的新型三頻帶通濾波器的設(shè)計(jì)

西安電子科技大學(xué) 劉 玄 趙益民

現(xiàn)代無線通信技術(shù)高速發(fā)展，而濾波器作為射頻前端的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的指標(biāo)。為了解決頻譜擁擠問題，提高頻譜利用率，本文基于階梯阻抗諧振器（Stepped Impedance Resonator,SIR）設(shè)計(jì)了一款工作于WLAN和WiMAX系統(tǒng)的三頻微帶帶通濾波器。仿真結(jié)果表明，該濾波器插損低，尺寸小，選擇性好，性能優(yōu)越。

SIR；新型三頻帶通；濾波器；設(shè)計(jì)

1 SIR基本結(jié)構(gòu)和諧振原理

圖 1 SIR基本結(jié)構(gòu)：四分之一波長SIR (a) 二分之一波長SIR (b)

SIR諧振單元包含兩節(jié)及以上阻抗各異的傳輸線，正是由于各段傳輸線特性阻抗各異，阻抗比也不同，從而實(shí)現(xiàn)將寄生響應(yīng)進(jìn)行頻譜搬移，構(gòu)造多通帶濾波器[36]。圖1為四分之一和半波長型SIR的結(jié)構(gòu)圖，兩類SIR結(jié)構(gòu)均包含階躍斷裂面。其構(gòu)成為兩段線寬、特性阻抗各異的微帶線。假設(shè)它們的特性阻抗記為Z1和Z2，電長度記為θ1和θ2，總的電長度記為θT。阻抗比K為兩特性阻抗的比值，即K=Z2/Z1。四分之一波長型和半波長SIR的諧振原理是一致的，故只介紹半波長型SIR諧振原理。忽略階躍斷裂面處的不連續(xù)性問題，由最左側(cè)開路面向最右側(cè)開路面望去，其等效輸入阻抗記為Zin，相應(yīng)的等效導(dǎo)納Yin，其計(jì)算公式如下：

當(dāng)Zin=，即Yin=0時(shí)，二分之一波長SIR 諧振器處于諧振狀態(tài)，此時(shí)令式1-1等于零，得到：

取θ1=θ2=θ的特殊情況，此時(shí)該半波長SIR的總電長度為：

確定目標(biāo)頻率f0、f1和f2后，將其代入上式，就可得阻抗比K和電長度θ，進(jìn)而確定Z1和Z2的關(guān)系。通過選擇合適的Z1和Z2，用ADS可計(jì)算出半波長SIR物理參數(shù)，進(jìn)而確定其基本諧振單元。

2 基于SIR設(shè)計(jì)濾波器的第一、三通帶

圖2 基于SIR的雙通濾波器結(jié)構(gòu)圖及仿真圖

經(jīng)過ANSOFT HFSS仿真優(yōu)化，確定圖2的參數(shù)：l1=7.9mm，l2=1.1mm，l3=6.4mm，l4=4mm，w1=1mm，w2=1.5mm，w3=1.5mm，S=0.1mm，t=3.95mm。

圖3 構(gòu)造第二通帶的SIR基本結(jié)構(gòu)

3 基于四分之一波長SIR構(gòu)造第二通帶

在相同的介質(zhì)基板上，利用用四分之一波長SIR來構(gòu)造三頻帶濾波器的中心頻率為3.5GHz的第二通帶。本節(jié)中設(shè)基頻為了減少第一寄生通帶對系統(tǒng)的干擾，將第一雜散響應(yīng)搬移到代入公式4，很容易得到電長度選取合適的特征阻抗Z1和Z2，令則兩段微帶線對應(yīng)的線寬均為將兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的四分之一波長型SIR短路端共同接地，為了實(shí)現(xiàn)小型化的目的，對它們進(jìn)行變形，得到的SIR基本諧振單元如圖3所示。

4 組合法實(shí)現(xiàn)三頻帶濾波器的設(shè)計(jì)

最后，為減小濾波器的尺寸，將圖3中的四分之一波長SIR諧振單元嵌入到圖2所示的雙通帶濾波器中，實(shí)現(xiàn)濾波器的三通帶及小型化。最終的三頻帶通濾波器的結(jié)構(gòu)和仿真結(jié)果如圖4所示。