雙頻帶帶通濾波器設(shè)計方法

　　本文推薦的雙頻帶帶通濾波器可以通過級聯(lián)兩個ASSR和長度用W5表示的微帶線來合成(圖1)。為清楚地表明這些ASSR的特定工作原理，圖3提供了相應(yīng)的 等效電路模型。相連的微帶線用電感L2表示，ASSR用電容C1和電感L1及互感Lm表示。從模型可以看出，一個通帶主要由ASSR決定，另一個通帶取決 于電感L2和ASSR等效阻抗網(wǎng)絡(luò)的組合作用。

　　從這個電路模型可以很明顯看出，雙通帶中有一個通帶主要取決于ASSR的固有 通帶，另一個通帶則由相連的微帶線和ASSR等效阻抗網(wǎng)絡(luò)的組合產(chǎn)生。顯然，通帶2可以通過L2獨立進行調(diào)整。另外，ASSR的幾何參數(shù)可以同時影響兩個 通帶。為示范這種模型的有效性，我們使用曲線擬合方法實現(xiàn)了以三個不同原型為目標(biāo)的抽取過程。圖3對全波仿真結(jié)果和電路仿真結(jié)果進行了比較。

　　圖3：基于ASSR的雙頻帶帶通濾波器的等效電路模型。

　　在感興趣的特定頻率范圍內(nèi)，全波電磁仿真結(jié)果與電路級仿真結(jié)果在全部三種情況下都非常接近。兩種仿真器都非常清晰地展示了基于ASSR設(shè)計的雙頻帶 現(xiàn)象，有助于驗證電路模型和推薦的雙頻帶帶通濾波器設(shè)計方法。增加L1值會使兩個通帶的頻率向下移動，并在很大程度上影響到所有元件(案例1和2)。另一 方面，增加W5只會降低第二個通帶的中心頻率，并且對L2有很大影響。顯然，給出的比較結(jié)果再次驗證了從電路模型得出的指導(dǎo)方針?？傊恍鐻1和W5兩 個幾何參數(shù)(圖1)，就足以高效地控制這種濾波器設(shè)計的雙頻帶操作過程。

　　根據(jù)上述分析可以知道，緊湊型雙頻帶帶通濾波器可以 使用ASSR結(jié)合微帶傳輸線進行設(shè)計。優(yōu)化過程只需調(diào)整兩個主要的幾何參數(shù)：L1和W5，因此在這些濾波器的調(diào)整和優(yōu)化方面具有很大的靈活性。為了用實際 硬件演示軟件分析的有效性，對表1中的案例1描述的原型進行了制造和測量。方便起見把它叫做原型A。另外，稱為原型B的第二個雙頻帶帶通濾波器也進行了制 造和表征，以進一步驗證這種設(shè)計方法。第二個濾波器設(shè)計工作通帶處于從1710MHz至1880MHz的DCS1800頻段以及從2400MHz至2483MHz的工業(yè)-科學(xué)-醫(yī)療(ISM)頻段內(nèi)。

　　圖4：圖中比較了三種原型雙頻帶帶通濾波器案例下的全波和電路仿真結(jié)果，其中“fw”代表全波仿真，“cm”指電路模型仿真。

　　兩種濾波器的調(diào)諧過程都非常高效，并且兩種原型都達到了目標(biāo)通帶與性能水平。圖5顯示了兩種原型濾波器的照片，其中以毫米刻度的直尺作為濾波器大小的參考。兩種原型濾波器分別用安立(Anritsu)公司的ME7808A微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行了表征，這款分析儀的模塊工作頻率可達110GHz。對原型濾波器的仿真和測量結(jié)果分別見圖6和圖7。

　　圖5：該照片顯示了所制造的原型濾波器A和B。

　　如圖6和圖7所示，在感興趣的特定頻段內(nèi)，仿真和測量結(jié)果具有很好的一致性。結(jié)果中微小的差別源自制造誤差和/或電路元件達到要求值時的容差。與較 低通帶相比，較高通帶的帶寬相對較窄，并且具有小得多的分?jǐn)?shù)帶寬。對原型A來說，頻帶比約為1.58，雙通帶的3dB分?jǐn)?shù)頻率帶寬約為3%和0.5%。雙 通帶間的頻帶抑制值約為36dB。對原型B來說，測量結(jié)果表明雙通帶的中心頻率約為1.81GHz和2.44GHz，頻帶比約為1.34。對應(yīng)的3dB分?jǐn)?shù)頻率帶寬為12.7%和0.8%。原型B的雙通帶間頻帶抑制值約為17dB，這是兩個通帶之間的一個可接受的隔離值。這些結(jié)果顯示了這種創(chuàng)新設(shè)計方法以緊湊尺寸創(chuàng)建雙頻帶帶通濾波器的高效性，而且只需調(diào)整兩個主要的幾何參數(shù)就能完成調(diào)整。

　　圖6：圖中顯示了濾波器原型A的仿真結(jié)果和測量結(jié)果。在本例中，L1=11.5mm，W5=0.3mm。

　　總之，ASSR和標(biāo)準(zhǔn)微帶電路的這種使用方法允許制造出相當(dāng)緊湊的、工作在微波頻率的雙頻帶帶通濾波器，并且具有良好的通帶響應(yīng)性能，通帶間也具有足夠的隔 離度。為這些濾波器開發(fā)的等效電路模型非常精確，仿真結(jié)果與所制造的原型濾波器的測量結(jié)果也非常接近。計算機仿真性能和對所制造濾波器的測量性能之間的任 何偏差，都?xì)w因于工藝變化以及達到計算機仿真中采用的高精度電路單元值的難度。盡管如此，隨著許多相互靠得很近的頻段必須共存的無線通信領(lǐng)域中應(yīng)用數(shù)量的 不斷增加，這種創(chuàng)新設(shè)計方法在創(chuàng)建要求雙通帶的微型化分立與集成電路(IC)濾波器方面表現(xiàn)出了極好的前景。