一种新型带阻滤波器特性研究

1 引言

微波带阻滤波器广泛地应用于抑制高功率发射机的带外寄生频段。它们在无线电通信传播系统中用于防止其他用户的干扰，因此变得十分重要。随着空间通信的发展，对先进带阻滤波器的要求也相应地增加。在参考文献中，提出了阻带滤波器的形式虽然可以在阻带产生较高的衰减但其阻带外特性不好限制了其应用。中运用开半波长开路线实现带阻效果，但其带外高端响应不好。为了使阻带滤波器在阻带衰减达到要求的同时带外响应也得到改善，本文在中所提出的带阻滤波器的基础上进行了改进，提出一种新的结构，由该结构组成的带阻滤波器其阻带得以展宽，并且在阻带外产生传输极点，大幅度改善带外特性，本文分为四节：第一节为引言，第二节将的阻带滤波器和本文所提出的阻带滤波器形式进行性能对比，第三节主要是介绍如何将本文所提出的带阻滤波器运用到宽带滤波器上形成性能优越的2.6/5.2GHz（WLANs）双通带滤波器。第四节对本文进行总结并提出进一步改进建议。

2 阻带滤波器特性分析

带阻滤波器的形式如图1所示，其中L等于阻带中心频率处的（为波导波长），宽度由特征阻抗决定，（一般为50W）S的大小可以任意。经研究我们发现随着S的减小其阻带衰减变差且带外特性不好，如果将该种滤波器运用到通讯系统中去势必会对其他通带产生非常大的影响。我们进一步研究中所提的带阻滤波器的50W半波长开路线单元如图2中（a）所示，将其运用在50W传输线旁通过调节其与传输线之间的距离产生不同的耦合来产生阻带效应如图2（c），其原理电路由图3给出，其中开半波长路环相当于原理电路中的并联支路的串联LC电路，第i条支路在处谐振，在该频点处该支路将产生吸收效果从而形成在该频点的阻带效果，但是由于半波长开路线等效成的串联LC的值于频率有很大关系所以其在产生阻带效果的同时会对带外产生影响，为了解决这一问题，我们在原有结构的基础上进行改进，在原结构中间开口如图2（B）示，这样可以加大其内部耦合，我们通过仔细研究发现在改变缝隙宽度时该单元可以在两个频点产生阻带，我们可以利用这一特点让两个阻带中心频率靠近从而形成带宽较宽的带阻滤波器，我们同时注意到两阻带中心频率的差和开口大小存在如图5所示的关系，可以很明显的地看出随着开口大小的变化其阻带衰减也会发生相应变化，并且两阻带间的通带响应不是十分理想，并且该新型结构可以在靠近阻带处产生较大的传输极点，这样就大大改善了阻带外特性，我们综合考虑上述各因素，运用该新型结构（图2（B））设计阻带中心频率在4.55GHZ处的带阻滤波器，

其结构如图2（D），其具体尺寸在表1中给出。本文中所有的微带滤波器均是在基板厚度为1mm相对介电常数的介质板上进的。为了更好的对比，我们运用图2中（A）单元设计一个阻带中心频率在4.5GHZ处的带阻滤波器，如图4所示，其具体尺寸由表1中给出。图6给出了用电磁仿真软件Sonnet按上述物理尺寸对两个滤波器进行仿真得到频率响应对比图，从图中我们可以明显的看出运用了新型结构的带阻滤波器与原结构相比有以下三方面的有点：

图1 开口线阻带滤波器

1．在阻带产生了更大的衰减，它比原有结构增大了10dB。

2．在阻带外高端靠近阻带边缘产生了一个传输极点（－55dB），大大改善了带外响应。

3．阻带带宽得到一定的展宽。

表1 阻带中心频率在4.55GHZ的半波长带
阻滤波器单元的具体尺寸（mm）

图2 含有一个单元的阻带滤波器（a）原始结构（b）新型结构
（c）含有一个原始单元的带阻滤波器（d）含有一个新型单元的带阻滤波器

图3 阻带滤波器原始电路

通过这一对比我们可以清晰的看出，本文提出的新型阻带滤波器单元克服了原有单元所具有的几个缺点，运用它设计带阻滤波器可以大大改善滤波器性能。

3 新型阻带滤波器单元应用

为了更好的验证我们所提出的带阻滤波器的性能，我们将在本节中将该结构运用到一个宽带滤波器中，从而使其变成一个双通带滤波器。我们首先设计一个宽带滤波器所提到的方法设计一个截止频率为0.75/6.2GHZ的两级宽带滤波器，其结构如图7所示，其具体设计过成不是本文的重点所以在此不做过多介绍，经综合后其物理尺寸如表2所示。

图9（a）给出了用电磁仿真软件Sonnet按上述物理尺寸仿真得到的频率响应图，从图中我们可以看出该滤波器在其通带内的插入损耗较小，其回波损耗也基本在－20dB左右，为了使该滤波器应用WLANs的领域，并验证我们提出的带阻滤波器单元的性能，我们将图2（B）中的新型阻带单元运用到这一宽带滤波器中使其在4.55GHZ处产生一个零。

(a)

(b)

图4 4.5GHZ半波长开路线带阻滤波器

表2 双通带滤波器的具体尺寸（mm）

图5 频率间隔随m的变化曲线

(a)

(b)

图6 4.5GHZ半波长开路线带阻滤波器仿真频
响曲线(a)原结构（b）新结构

图7 截止频率为0.75GHZ的高通滤波器

图8 新型阻带单元的双通带

传输零点从而形成双通带滤波器，其结构如图8示，具体物理尺寸在表2中具体给出，该形式中的阻带滤波器单元的尺寸参见表1，其他尺寸见表2。图9(b)给出了用电磁仿真软件Sonnet按上述物理尺寸仿真得到的频率响应图，从图中我们可以清晰的看出，在加了带阻滤波器单元后原有的宽通带滤波器变为双通带通滤波器，在要求的2.6GHZ和5.2GHZ的通带处其插入损耗在0.02dB以下，其回波损耗均在－20dB满足要求，这说明我们的阻带滤波器单元的性能优越可以运用到实际通讯领域中。

4 结束语

本文所提出的带阻滤波器单元大大改善了带阻滤波器的阻带衰减，扩展了带宽，具有良好的带外响应。由于时间有限没有对该结构的进行深层研究，我们在下阶段将对该结构产生高阻带衰减以及为何能将带宽展宽进行更深入的研究。

（a）

(b)

图9 (a)截止频率为0.75GHz的宽带滤波器真频响曲线(b)2.4/5.6GHZ双通带滤波器仿真频响曲线