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1 引言 隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，在雷達、微波、通信等應用系統中多頻率工作越來(lái)越普遍，對分隔頻率的要求也相應提高，需要使用大量的高性能濾波器。因此濾波器在微波及毫米波電路中有著(zhù)廣泛的應用。在低頻段的應用中，集總參數濾波器有著(zhù)良好的表現，但是隨著(zhù)頻率升高到微波頻段以上，集總參數元件(電容、電感)的Q值急劇下降，造成濾波器的插入損耗太大，這時(shí)就必須用分布參數元件來(lái)代替集總參數元件，但是分布參數元件濾波器的尺寸一般較大，因此有必要減小微波毫米波電路濾波器的尺寸。 2000年香港城市大學(xué)薛泉教授提出了一種緊湊的微帶諧振器(CMRC)，此后螺旋緊湊微帶諧振器(SCMRC)以及直線(xiàn)緊湊微帶諧振器(BCMRC)又相繼被提出。然而SCMRC結構的阻帶范圍較小(5.2GHz-7.6GHz)，BCMRC則由于在阻帶范圍內的衰減特性不理想通常需要幾個(gè)單元來(lái)實(shí)現較好的低通特性。針對這些問(wèn)題，本文提出了一種新型CMRC寬帶低通濾波器， 在0-7GHz低通頻率范圍內其最大插入損耗為0.3dB，低于-10dB的阻帶頻率范圍為8.5GHz-22.1GHz, 低于-20dB阻帶頻率范圍為9GHz-20.8GHz,可見(jiàn)該濾波器在通帶內具有很低的插入損耗，并且在阻帶內具有良好的衰減特性。 2 結構與等效電路 本文提出的新型CMRC平面結構如圖1所示，其LC等效電路模型如圖2所示。介質(zhì)基板采用Taconic CER_10，其介電常數er=9.5，厚度為0.64mm。 圖1 CMRC的平面結構 圖2 LC等效電路模型 3 濾波器特性仿真分析 3.1 主要結構參數對傳輸特性的影響 我們對圖1所示CMRC結構應用HFSS進(jìn)行建模以及仿真，并分析了主要結構參數對濾波器傳輸特性的影響。在仿真中我們發(fā)現x1、y1以及y2對濾波器傳輸特性的影響較大，其影響特性曲線(xiàn)如圖3至圖5所示，由圖3和圖4可知減小x1和y1可以降低諧振頻率，從而相應的可以減小低通頻率范圍，這是因為在等效電路模型中，減小x1或y1都可以提高單位長(cháng)度的分布串聯(lián)電感(L0和L1)。而諧振頻率 ，可知L0和L1的增大會(huì )相應的降低諧振頻率。 圖5所示為y2大小對傳輸系數的影響，y2的數值越接近y3,諧振頻率越低。這是因為增大y2可以提高該微帶部分的單位長(cháng)度分布電容，另外縫隙的減小同時(shí)增大了邊沿耦合電容，從而導致其等效電容C1的增加，進(jìn)而降低其諧振頻率，減小低通頻率范圍。 圖3 傳輸系數隨結構參數x1變化特性 圖4 傳輸系數隨結構參數y1變化特性 圖5 傳輸系數隨結構參數y2變化特性 3.2 優(yōu)化結果及其主要參數 經(jīng)上述分析，對該CMRC寬帶低通濾波器進(jìn)行優(yōu)化，得到了良好的輸出S參數特性曲線(xiàn)如圖6所示，在0到7GHz低通頻率范圍內的最大插入損耗為0.3dB，低于-10dB的阻帶頻率范圍為8.5GHz-22.1GHz, 低于-20dB的阻帶頻率范圍為9GHz-20.8GHz,可見(jiàn)該寬帶低通濾波器具有良好的低通及阻帶衰減特性。此時(shí)主要微帶分布參數由表1給出。 圖5 輸出較好的S參數曲線(xiàn) 表1 主要微帶結構參數 4 結論 本文提出了一種新型的緊湊微帶諧振單元(CMRC)結構，用于實(shí)現寬帶低通濾波器。該濾波器在寬通帶范圍內插入損耗很低,并且在寬阻帶范圍內具有很好的衰減特性，可用于高中頻混頻器的中頻濾波器,并可以有效的抑制本振及其諧波成分。另外該寬帶低通濾波器尺寸很小,具有容易集成的優(yōu)點(diǎn)。 |
