新型的三頻帶通濾波器設(shè)計(jì)方法

 引 言

隨著無線局域網(wǎng)(WLAN)和全球微波接入互操作(Wimax)的迅速發(fā)展，多頻通信系統(tǒng)將成為今后無線通信的主導(dǎo)發(fā)展方向。本文提出了一種新型的三頻帶通濾波器設(shè)計(jì)方法，構(gòu)成該濾波器的諧振腔是通過在通常的開環(huán)諧振腔內(nèi)加載一個(gè)倒F型枝節(jié)，通過調(diào)節(jié)該枝節(jié)的各段長度及位置就可以實(shí)現(xiàn)所需要的三個(gè)諧振頻率。

1.傳統(tǒng)的三頻帶通濾波器的設(shè)計(jì)與分析

傳統(tǒng)的三頻帶通濾波器通常采用階梯阻抗諧振腔(SIR)，通過調(diào)節(jié)階梯阻抗微帶線的電長度和特性阻抗，實(shí)現(xiàn)三個(gè)諧振頻率，這種方法設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜，而且需要采用高阻抗微帶線才能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，這會(huì)使設(shè)計(jì)中的高阻微帶線過細(xì)，導(dǎo)致加工困難，影響濾波器特性。

2.新穎的倒F型枝節(jié)加載開環(huán)諧振腔的設(shè)計(jì)與分析

2.1 結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)如圖1所示，利用外圍尺寸La確定諧振腔的基本諧振模式后，只需要通過調(diào)節(jié)枝節(jié)的長度L1和L2及位置Ls和L3，就可以把諧振腔的高次諧振模式調(diào)節(jié) 到所需要的位置，從而實(shí)現(xiàn)三頻帶通濾波器的設(shè)計(jì)，而不需要改變微帶線的寬度，從而有效避免使用太細(xì)的微帶線進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使三頻帶通濾波器的加工更加容易，有效減小加工誤差。

2.2 仿真

對(duì)該諧振腔利用軟件AnSOFt HFSS進(jìn)行仿真得到其前三個(gè)諧振頻率隨諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化曲線由圖2給出。圖2(a)繪出了圖1結(jié)構(gòu)的諧振腔前三個(gè)諧振頻率隨諧振腔外圍尺寸La變化 的曲線，并與不加載倒F型枝節(jié)的開環(huán)諧振腔諧振頻率進(jìn)行比較，分別用withF和withoutF表示。從圖2(a)中可以發(fā)現(xiàn)，諧振腔的基模諧振頻率在 兩種情況下基本保持一致，而高次諧振模式的頻率值由于倒F型枝節(jié)的存在發(fā)生了明顯的變化，可見加載倒F型枝節(jié)可以有效的降低高次諧振模式的頻率值，而基模 的頻率可通過不加載倒F型枝節(jié)的諧振腔進(jìn)行初步估計(jì)，即改變諧振腔的外圍尺寸La調(diào)節(jié)基模的諧振頻率。

倒F型枝節(jié)加載的開環(huán)諧振腔的前三個(gè)諧振頻率隨枝節(jié)長度L1變化的曲線由圖2(b)給出。從圖中可以看出，隨著L1的增加，高次模式頻率降低，而基模的頻 率幾乎保持不變。因此，在諧振腔外圍尺寸不變的條件下，我們可以通過調(diào)節(jié)枝節(jié)長度L1的值改變高次模式頻率，以實(shí)現(xiàn)所需要的頻率比。

2.3 倒F枝節(jié)的位置及長度對(duì)三頻帶通濾波器頻率比的影響

改變枝節(jié)的長度參數(shù)L1，L2，位置參數(shù)Ls和L3，就可以計(jì)算出隨參數(shù)L1變化的高次諧振模式頻率f3，f2與基模頻率f1的比值f3/f1 和f2 /f1，這種設(shè)計(jì)方法的頻率比的可調(diào)范圍是比較大的。取Ls=7mm和17mm時(shí)，參數(shù)L1和Ls對(duì)頻率比具有較大的影響，而L3=1mm和9mm時(shí)，參 數(shù)L3和L2對(duì)頻率比的影響相對(duì)較小。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，可以先調(diào)節(jié)參數(shù)L1和Ls粗略的確定所需要的頻率比，再改變參數(shù)L3和L2的值進(jìn)行更為精確的 設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

從以上的分析可以看出，改變倒F枝節(jié)的位置及長度可以實(shí)現(xiàn)各種頻率比的三頻帶通濾波器設(shè)計(jì)，而且該種設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，可廣泛應(yīng)用于多頻無線通信系統(tǒng)中。

3.結(jié)語

本文對(duì)多頻帶通濾波器的設(shè)計(jì)中，提出了一種可實(shí)現(xiàn)三通帶設(shè)計(jì)的倒F型枝節(jié)加載諧振腔，對(duì)它的特性進(jìn)行了分析研究，通過調(diào)節(jié)枝節(jié)的長度及位置，可實(shí)現(xiàn)不同的頻率比以適應(yīng)于多頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用。證明了這種方法在設(shè)計(jì)無線通信系統(tǒng)三頻帶通濾波器的可實(shí)用性。