基于開口諧振環(huán)的濾波器設(shè)計(jì)

摘 要：文章在多層液態(tài)高分子聚合物（LCP）基板上設(shè)計(jì)了兩款基于開口諧振環(huán)的帶通濾波器。開口諧振器分布在頂層和底層，中間的金屬層作為公共的地板層，同時(shí)起著隔離上下層間耦合的作用。實(shí)測(cè)結(jié)果表明濾波器的中心頻率為5.2GHz，通帶內(nèi)的實(shí)測(cè)插入損耗為1.76dB。

關(guān)鍵詞：微帶濾波器；HFSS；開口諧振環(huán)

引言

作為無(wú)線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，濾波器對(duì)系統(tǒng)整體性能有著直接影響。面對(duì)當(dāng)前無(wú)線通信系統(tǒng)的高性能和小型化的發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)有濾波器的設(shè)計(jì)在滿足高選擇性和小尺寸要求時(shí)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。階梯阻抗諧振器（SIRS），多模諧振器（MMR）和介質(zhì)諧振器通常應(yīng)用于小型化微帶濾波器的設(shè)計(jì)。多層LCP技術(shù)已被證明是適用于低成本的多層微帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)。LCP是一個(gè)相當(dāng)新的和有前途的有機(jī)材料的微波應(yīng)用。作為一種有機(jī)材料，LCP具有靜態(tài)介電常數(shù)在很寬的頻率范圍內(nèi)，吸水率低等特性[1]。

1 濾波器的設(shè)計(jì)方法

單層微帶開環(huán)濾波器的設(shè)計(jì)方法是從傳遞函數(shù)中得到一個(gè)耦合矩陣從而得到開環(huán)諧振器耦合的耦合矩陣[2]。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)使用四個(gè)開環(huán)諧振器的濾波器，首先從濾波器參數(shù)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出耦合矩陣，該濾波器工作在5.2GHz，相對(duì)帶寬7.5%，則耦合矩陣可以計(jì)算出如下：

然后，我們可以得到的初始尺寸參數(shù)的基礎(chǔ)上的耦合矩陣。

2 濾波器的設(shè)計(jì)

圖1為四腔的單波段濾波器三維結(jié)構(gòu)和布局，輸入和輸出端口的特性阻抗為50Ω，開環(huán)諧振器分別設(shè)計(jì)在第一層和第三層，第二層作為共同的接地平面，兩層諧振器間的耦合通過(guò)中間金屬層上開耦合孔的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該多層微帶開口諧振環(huán)濾波器是在Ansoft HFSS上設(shè)計(jì)和進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化的。如諧振器長(zhǎng)度，饋線饋點(diǎn)的位置，通過(guò)計(jì)算仿真給出了單波段濾波器的優(yōu)化尺寸參數(shù)：w=0.62mm，a=0.8mm，b=0.8mm，c=0.7mm，d=0.7mm，ta=0.45mm，tb=0.45mm，s1=0.32mm，s2=0.24mm，la=5mm，l1=5.62mm，l2=5.62mm，lb=5mm，l3=5.62mm，l4=5.62mm，g1=0.7mm，g2=0.7mm，g3=0.7mm，g4=0.7mm。

3 仿真和測(cè)試結(jié)果

該濾波器是器在具有2.9的介電常數(shù)和0.0025損耗角正切的LCP基板制作的，基板厚度為0.25mm（H）。該濾波器的尺寸約為21mm×17mm×0.5mm。

該濾器是采用安捷倫e8368b與安立3680-20測(cè)量。

該濾波器測(cè)得的3 dB的帶寬是從4.97GHz～5.24 GHz，插入損耗約1.75db略高于仿真1dB。此損失主要是由于輸入/輸出饋線，電介質(zhì)，導(dǎo)體的輻射損耗。兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的位置在分別4.91GHz和5.3GHz具有良好的選擇性。

4 結(jié)束語(yǔ)

在文章中，使用多層微帶開環(huán)諧振器帶通濾波器的設(shè)計(jì)。微帶開環(huán)諧振器設(shè)計(jì)的小型化性能和靈活的耦合模式，通過(guò)引入傳輸零點(diǎn)以提高選擇性。多層LCP層壓工藝是用于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的原型和測(cè)試結(jié)果來(lái)驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果。該緊湊型帶通濾波器具有良好的性能，包括良好的選擇性和鋒利的阻帶抑制，使其適合應(yīng)用在小型化的無(wú)線通信系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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[2]J. S.， Hong， and M. J.， Lancaster， “Couplings of microstrip square open-loop resonators for cross-coupled planar microwave filters，” IEEE Trans. Microw. Theory Tech.， vol. 44， no. 11， pp. 2099-2109， Nov. 1996.

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