PDF《谐波抑制优越的小尺寸 L-波段微带低通滤波器》

30 谐波抑制优越的小尺寸 L-波段微带低通滤波器 L-Band Microstrip Lowpass Filter with Small Size and Excellent Harmonic Suppression AAmirhossein Ghaderi、Saeed Roshani,伊斯兰阿扎德大学,克尔曼沙赫,伊朗 具有极宽抑制带的微带低通滤波器(LPF),尺寸非常小,截止频率(fc)为1.

89GHz,对2至34次谐波(2.38至65GHz)的抑制不低于24dB.滤波器的拓扑结构简单, 由对称的改进T形谐振器、对称的改进旗形(SMF)谐振器和开路短截线组成,后者作为 抑制元件实现超宽的阻带.通带纹波低于0.15dB.整体尺寸仅为0.153λg*0.065λg,其中λg 为fc处的导波长.该滤波器的品质因数(FOM)高达32.465,通带回波损耗优于14.8dB. 短截线.然而,谐波抑制效果一般.Kalimi等人 [4] 开发了一种微带LPF,利用T形和U形谐振器达 到适当的抑制水平.为了加宽阻带,增加了径向 短截线,尽管这种结构本身阻带窄、占地大. Zhang和Li[5] 介绍了一种尺寸大、阻带窄的双层 LPF.Verma等人所报道的结构[6] 很简单,但体积 很大,阻带也很窄.Kufa和Raida[7] 引入了传统的 LPF,使用开路短截线和嵌入的缺陷接地来减小 电路尺寸;

然而,它具有平缓的过渡带、巨大的 尺寸和很弱的谐波抑制.文献[8-10]研究了一些 通带内回波损耗高的低通滤波器,但是它们受到 宽过渡带和窄阻带的挑战.用缺陷接地平面来增 加阻带宽度的尝试只取得了有限的成就,并且这 些滤波器也很大[11-16] .Hayati等人[17] 报道了一种 采用六角形谐振器的紧凑的LPF,其通带回波损 耗高.为了获得较高的抑制水平,采用矩形短截 线.然而,这种结构仅抑制到7次谐波.Mirzaee 和ViDe的对称LPF[18] 受到渐进截止和大尺寸的限 制.Liu等人的LPF[19] 具有平缓的过渡带和狭窄的 阻带.最近,文献[20]提出了一种具有高回波损 耗的新型LPF,使用了对称拓扑. 本文提出一种具有带外抑制的新型LPF,它 使用对称的改进T形谐振器,其有益的特性表现 在紧凑、从2.38至65GHz的极宽阻带、通带中的 高回波损耗(14.8dB)和拓扑简单. 滤波器设计 图1给出了T形谐振器的设计顺序,包括谐 振器

1、谐振器2和谐振器3的布局及其|S21|的仿 真响应.谐振器1由两个矩形开口短截线和一个 与窄传输线相连的高阻抗短截线组成.谐振器1 具有平缓的过渡带,通带纹波高.利用附加的 低阻抗短截线(谐振器2),实现了相对陡峭的 过渡带.对于更陡峭的过渡带和可忽略的通带 纹波,使用对称拓扑(谐振器3). 高-低阻抗无损线(见图2a)的电感和电容根 据式(1)和(2)计算,开路短截线(见图2b)的 电容也是如此[2] .短截线的电感可以忽略不计. 图1:谐振器布局:(a)1;

(b) 2;

(c)3;

(d)|S21|仿真. a) ( (b) (c)

0 C10 C20 C30 C40 C50 C60 C70 | S

21 | (dB)

0 1

2 3 Frequency (GHz)

4 5

6 7

1 2

3 (d) 图2:布局和L-C模型:(a)高-低阻抗无损线;

(b)开路短截线. Zc Ls Cs Cs CO (a) (b) 微带LPF具有如高抑制性、小尺寸、宽阻带 等期望的性能,广泛应用于电信系统,用 来抑制不希望出现的带外尖峰[1-2] .Raphika等人 [3] 报导了一种使用改进T形谐振器的LPF.为了增 加该滤波器的阻带宽度,使用了四个阶梯阻抗

32 EM和L-C仿真结果(见图3C)表明在2.83 GHz存在传输零点(TZ1).采用先进设计 系统(ADS)软件对LPF进行仿真,假定RT-Duroid 5880衬底(εr=2.2,h=0.381mm, 损耗角正切值=0.0009).谐振器的物理尺寸(单位:mm)为:H1=3.3,H2=8.75, H3=0.42,H4=3.55,H5=0.137,W1=0.1,W2=3.43,W3=0.1,W4=2.46,W5=0.38, W6=0.4.TZ1的计算采用图3b的L-C模型. 对于两端口网络[1] ,ABCD矩阵定义为 (3) 其中 (4) (5) 根据式(4)和(5),可得所提谐振器的ABCD参数 (6) (7) (8) (9) 由ABCD参数,S21为[1] (10) 所提谐振器的S21为(11) 从式(11)中提取传输零点(TZ1) (12) 根据式(12),TZ1是C3的函数,这里C3是H1的电容.通过减少H1的长度,TZ1 和截止频率移至更高频率(见图4).因此,截止频率由TZ1调节.对于低截止频 率,TZ1调谐到2.872 GHz.表2中总结了C3和H1在不同取值时的截止频率. 对称的改进旗形谐振器 图5a给出了SMF谐振器的布局,而L-C模型如图5b所示.传输线的电感和电容分 别为L