2GHz-4GHz梳型超寬帶濾波器設(shè)計(jì)

1 引言

由于超寬帶通信和雷達(dá)的應(yīng)用多種多樣，所以超寬帶濾波器的設(shè)計(jì)方法也相當(dāng)多樣。許多學(xué)者研究了多種微帶結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器。雖然微帶濾波器的尺寸很小，并且很容易和其他表面裝配器件集成，但是其插損往往都非常大。插損值一般都大于5dB 。微帶濾波器還有一個(gè)問(wèn)題就是其帶外抑制往往都不太好。在本文中，我們給出了一種通帶為2GHz到4GHz，阻帶抑制達(dá)到11.23GHz的梳型超寬帶濾波器設(shè)計(jì)方法。

2 濾波器設(shè)計(jì)

圖1為11級(jí)梳型濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。方波導(dǎo)的寬度為a，高度為b，其中有11個(gè)方柱，每個(gè)方柱具有相同的寬度w。柱子的高度和相鄰柱子的間距的定義如圖1所示。輸入和輸出采用SMA接頭。SMA內(nèi)導(dǎo)體端接的小圓盤直徑和高度分別定義為

和

。

圖1 梳型濾波器結(jié)構(gòu)圖

采用文[7]中第8章所給出的寬帶梳型濾波器的設(shè)計(jì)公式，可以得到濾波器的初始設(shè)計(jì)參數(shù)值。在本設(shè)計(jì)中，我們采用11級(jí)和0.1分貝波紋的設(shè)計(jì)指標(biāo)。表1里面的“初始值”一欄給出了各個(gè)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。

使用CST模擬軟件，代入結(jié)構(gòu)的初始值仿真可以得到圖2的仿真曲線。我們可以看到通帶的高端邊緣頻率比設(shè)計(jì)低了一些，而且回波損耗也不好。這是由于此濾波器具有67%的相對(duì)帶寬，對(duì)于我們所使用的計(jì)算公式來(lái)說(shuō)稍微寬了一些。

表1 超寬帶濾波器各參數(shù)的初始計(jì)算值和最終優(yōu)化值

圖2 代入初始值的模擬結(jié)果

圖3 優(yōu)化后的濾波器模擬和測(cè)試結(jié)果

得到以上的初始結(jié)果后，我們使用CST的優(yōu)化功能，通過(guò)優(yōu)化可以得到最終的參數(shù)值。表1的“優(yōu)化值”一欄給出了各個(gè)參數(shù)的最終值。其模擬結(jié)果在圖3中由虛線表示。

3 測(cè)試結(jié)果

圖4給出了根據(jù)表1的優(yōu)化值所加工的梳型濾波器樣品圖。其尺寸為198mm X 51mm X 16mm。為方便與模擬結(jié)果對(duì)比，圖3還給出了樣品的測(cè)試曲線。我們可以看到，測(cè)試結(jié)果中，除了回波損耗稍微比模擬結(jié)果高了一些外，其他都與模擬結(jié)果吻合得很好。測(cè)試結(jié)果顯示2GHz到4GHz的通帶內(nèi)，插損小于0.35dB，回波損耗小于-15dB。為了顯示阻帶抑制特性，圖5給出了1GHz到15GHz的測(cè)試曲線，可以看到直到11.23GHz才產(chǎn)生寄生通帶。

圖4 樣品濾波器結(jié)構(gòu)圖

圖5 樣品濾波器的寄生通帶測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

本文報(bào)道了一種波導(dǎo)超寬帶梳型濾波器，相對(duì)于微帶超寬帶濾波器來(lái)說(shuō)，具有低很多的帶內(nèi)插損和好很多帶外抑制。樣品濾波器的測(cè)試結(jié)果顯示其2GHz到4GHz的通帶內(nèi)插損低于0.35dB，阻帶抑制可以達(dá)到11.23GHz。此濾波器可以應(yīng)用在對(duì)插損和帶外抑制要求非?？量痰?strong>超寬帶通信和雷達(dá)系統(tǒng)中。這種技術(shù)也可以應(yīng)用在要求對(duì)高次諧波進(jìn)行有效抑制的系統(tǒng)中。