具有多传输极点的枝节加载双通带宽带滤波器.pdf
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1、叶工业控制计算机曳圆园圆3 年第 猿6 卷第 8 期随着无线通信技术的不断发展与完善袁 传统的窄带通信系统面临着前所未有的考验遥在此背景下袁宽带与超宽带滤波器对频段之间的兼容和带外信号的抑制起着至关重要的作用遥 进一步地袁为了提高频谱的利用率尧将多个系统统一并简化袁多通带的滤波器成为近年来的热点研究方向袁受到学者们的广泛关注遥为了适应新的应用需求袁 人们提出了各种设计双通带宽带滤波器的方法遥 较为传统的方法是将两个通带位置不同的单通带滤波器级联组合为一体咱1暂袁但是这种方法设计的滤波器往往尺寸较大遥 为了将尺寸尽可能减小袁 可以使用阶跃阻抗谐振器渊SIRs冤产生的杂散响应来创建第二通带咱2-5
2、暂遥 文献咱6暂提出一种采用横向滤波结构实现宽阻带的双通带滤波器曰文献咱7暂研究了能增强滤波器频率选择性的方法袁 做法是在端口耦合线节点处添加两个开路枝节遥 文献咱6原7暂中的滤波器不能减小带内插损袁损失了一定的性能遥本文研究了一种具有多传输极点的多枝节双通带宽带滤波器袁八个传输极点均匀分布袁形成两个通带遥员宽带滤波器的设计员.1 奇偶模分析如图 1 所示是该滤波器的理论电路结构图袁 主体部分由特征阻抗分别为 Z1尧Z3尧Z4的三对微带线组成袁 在此基础上加载了 3 对开路枝节和一对短路枝节遥 所有微带传输线的电长度均为=仔2袁而输入与输出端口的特征阻抗 Z0=50 赘遥由于该双通带滤波器是关
3、于中间轴对称的结构袁因此可以利用奇偶模分析法对图员 中的结构进行分析遥 图 2 显示了此结构的奇模和偶模的等效电路遥奇模情况下袁将中间面等效为电壁袁 即看作短路面袁如图 2a 所示遥 假设从 Z1尧Z2尧Z6看进去的输入阻抗分别为Zin1尧Zin2尧Zin3袁该十字微带线连接点处为 Zin4袁 从 Z3端尧Z7端尧Z3与 Z7连接处尧Z4端尧Z5端看入的输入阻抗分别为 Zin5尧Zin6尧Zin7尧Zin8尧Zin9遥 其奇模输入阻抗 Zino可以表示为院Zino=Zin8Zin9Zin8+Zin9渊1冤其中院Zin1=jZ1tan渊 冤渊2冤Zin2=Z2jtan渊 冤渊3冤Zin3=Z6j
4、tan渊 冤渊4冤Zin4=Zin1Zin2Zin3Zin1Zin2+Zin1Zin3+Zin2Zin3渊5冤Zin5=Z3Zin4+jZ3tan渊 冤Z3+jZin4tan渊 冤渊6冤Zin6=Z7jtan渊 冤渊7冤具有多传输极点的枝节加载双通带宽带滤波器肖寅川李国辉蒋琦天张静谢世濠渊上海大学通信与信息工程学院袁上海 200444冤Compact Dual-Wideband Bandpass Filter with Multiple Transmission PolesBased on Several Stubs摘要院为了实现频谱资源的最大化使用以及保证现代射频系统的高速通信袁多通带的射频
5、器件以及宽带系统成为未来的无线通信发展趋势遥 设计了一个基于平面微带线的双通带宽带滤波器袁 该滤波器由七对特征阻抗各不相同的微带线组成袁其中包含多对开路尧短路枝节遥 通过奇偶模等效方法对其进行零极点分析后袁该滤波器具有 8 个传输极点袁均匀地分布在两个通带内袁测量的两个通带相对带宽分别为 102%和 20%袁两个通带的中心频率频比达到了 4.7遥 此外袁首个通带内的回波损耗大于 20 dB袁第二个通带内的回波损耗则优于 15 dB袁实验测量结果与仿真结果吻合良好遥关键词院滤波器曰双通带曰宽带曰极点Abstract:In order to maximize the use of spectrum
6、 resources and ensure the high-speed communication of modern ra鄄dio frequency systems,multi-passband radio frequency devices and broadband systems become the future trend of wirelesscommunication.A dual-wideband filter based on planar microstrip lines is designed in this paper.The filter consists of
7、 sevenpairs of microstrip lines with different characteristic impedances,including several pairs of open circuit and short circuit stubs.Analyzed by odd-even mode method,the filter has 8 transmission poles evenly distributed in two passbands.The fractionalbandwidth of the two passbands measured are
8、102%and 20%respectively.The center frequency ratio of the two passbandsreaches 4.7.In addition,the return loss in the first passband is greater than 20 dB,and the return loss in the second pass鄄band is better than 15 dB.The experimental measurement results are in good agreement with the simulation r
9、esults.Keywords:filter,dual-band,wideband,poles图 1双通带滤波器理论结构图 2奇模和偶模等效电路43具有多传输极点的枝节加载双通带宽带滤波器Zin7=Zin5Zin6Zin5+Zin6渊8冤Zin8=Z4Zin7+jZ4tan渊 冤Z4+jZin7tan渊 冤渊9冤Zin9=jZ5tan渊 冤渊10冤偶模情况下袁将中间面等效为磁壁袁即看作开路面袁如图 2b所示遥 其偶模输入阻抗 Zine可以表示为院Zine=Zin8Zin9Zin8+Zin9渊11冤Zin8和 Zin9等表达式与式渊3冤耀渊10冤相同袁但由于开路的特性袁Zin1应改为院Zin1=
10、Z1jtan渊 冤渊12冤得到奇模和偶模的输入阻抗后袁 可以得到该双通带滤波器的 S 参数咱8暂院S11=S22=ZineZino-Z02渊Zine+Z0冤渊Zino+Z0冤渊13冤S21=S12=渊Zine-Zino冤Z0渊Zine+Z0冤渊Zino+Z0冤渊14冤1.2 传输极点尧零点分析当|S11|=0袁出现传输极点袁使用 MATLAB 进行数学运算袁可以得到一个 8 次方程袁解此方程将出现 8 个关于的解袁对应滤波器的 8 个极点遥 这 8 个极点的频率位置由下式决定院fpn=仔/2f0渊15冤如图 3 所示袁是当某参数变化袁且其他参数确定时袁传输极点的归一化频率位置随该参数的变化曲线
11、遥 图 3a 和图 3b 展示了参数 Z2变化时极点的归一化频率变化情况袁 图 猿a 是第一个通带的四个极点袁而图 猿b 是第二个通带中的四个极点遥 从图中可以看出袁当 Z2变大时袁第一个通带中第一尧四个极点向高频移动袁第二个极点向低频移动袁而第三个极点的位置变化较小曰第二个通带中第一尧 四个极点向低频移动袁 第三个极点向低频移动袁第二个极点的位置变化较小遥 因此袁若 Z2的值太大袁则容易造成极点相邻过近或过远遥为了使得在各自通带内袁极点分布相对均匀袁可以将 Z2设置在 120 赘 附近袁此时两个通带内极点分布合理遥同理袁Z缘在本滤波器结构中和 Z2一样袁是加载的开路枝节袁对极点的影响类似袁所
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