高截止特性的紧凑型微带低通滤波器外文翻译资料

英语原文共 3 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

高截止特性的紧凑型微带低通滤波器

杜文华，常凯 IEEE学生会员

摘要

这篇论文介绍一个具有高截止特性的紧凑型多枝节微带低通滤波器。每个部分由一个微带线和指状组合型的电容组成的。通过调整枝节的数量和微带线的长和宽来分析优化衰减极点。这个级联的四节低通滤波器的回波损耗大于17 dB，插入损耗小于0.7 dB。频率在2.1～7.5 GHz时，衰减大于20 dB。

关键词：指状组合型电容；低通滤波器；高抑制

1. 介绍

低通滤波器广泛地用于抑制谐波和杂散信号。但是，传统的阶跃阻抗滤波器，只能提供循序渐进的截止频率响应^[1]。为了得到大幅度的截止频率响应，需要更多的枝节，同时也会增加通带的损失和电路尺寸。近来,半集成低通滤波器^[2]据说具有比较好的频率响应，不幸的是,焊接集总元件将会增加制造困难并且很难维持批量生产。使用耦合线^[3]或阶跃阻抗发夹谐振器^[4]的低通滤波器在截止频带内有着有限的衰减极点。然而，由于耦合线的电容太小，衰减极点不能吻合通带。因此，截止频率响应是渐进的。

本文介绍一个紧凑型、多枝节、高抑制的微带低通滤波器，每个枝节由微带线和指状组合型的电容组成。此滤波器没有用宽的低阻抗线，所以体积小并且易于级联。因为没有使用集总元件,这些平面滤波器很容易制造^[5]。此外,由于交叉指型电容器可以提供一个更大的电容,衰减极点可以更贴近通频带,从而得到比较好的截止频率响应。基于传输线模型的分析方法不仅可以用来优化衰减极点，而且也可以用来设计一个宽截止频率响应的级联低通滤波器。

(a)原理图 (b)等效电路模型

图1 低通滤波器

1. 衰减极点分析

S参数可由下式得出

（1）

Y₀是输入和输出微带线特性导纳，Y_C是上微带线的特性导纳，是传播常数，是角频率，C是指状组合型电容器的等效电容。衰减极点可以通过设置S₂₁=0来得到

（2）

因此，当绘制（2）式两边的频率时，可以通过两条曲线的交点来确定衰减极点的频率。由（2）式可知，衰减极点的频率可以通过指状组合型电容(C)的数量、微带线的长度(L)和宽度(W)或特性阻抗(Y_C)来确定。

(a) (b)

图2 2、4、5交指型电容的滤波器

用以下参数模拟插入损耗：L=10.12mm,W=W_C=0.3mm,G=0.2mm,L_C=1.78mm

图2(a)显示了不同电容的图像描述。当C很大时,有两个交点（两个衰减极点）。在C特定的中值，两个交点会变成一个交点，只有一个衰减极点。进一步地减少C的值，可能会没有交点，也就是没有衰减极点。为了验证这个推论并且考虑到不连续性，用全波电磁模拟器IE3D^[6]来计算2、4、5指状组合型电容器的低通滤波器的频率响应（C的不同值）。所有的滤波器都是用25-mil RT/Duroid60 10.8（ɛ_r=10.8）的基板。图2(b)显示了模拟结果并且很好地显示了衰减极点的变化趋势。因为5指的指型电容器提供了一个大电容C，5值的指型滤波电容器显示了两个衰减极点分别在3.6GHz和5.8 GHz。4指的指型电容器的滤波器(中C)只有一个衰减极点在4.9 GHz处,2指的指型电容器的滤波器(小C)没有任何衰减。

(a) (b)

图3 不同线长对应的滤波器

用以下参数模拟插入损耗：4指,W=WC=0.3mm,G=0.2mm,LC=1.78mm

图3(a)显示的是不同微带线长度的图形描述。给定一个电容C和特性导纳Y_C,减少或增加L将扩大或缩小Y_Ccsc(beta;L)，相应地，便可得到两个交点或一个交点。图3(b)显示了长微带线部分为8.12,10.12和12.12mm的模拟滤波器的插入损耗。 L=8.12 mm的滤波器有两个衰减极点分别为4.35GHz和7.3 GHz。另一方面,当L = 12.12mm,没有观察到衰减极点。

(a) (b)

图4 不同线宽对应的滤波器

用以下参数模拟插入损耗：L=10.12mm，4指,WC=0.3mm,G=0.2mm,LC=1.78mm

图4(a)描述了不同微带线宽度的滤波器决定特性导纳Y_C。当微带线的线宽减少时，特性导纳YC也减少，当前的最小值YCcsc(beta;L)也相应地减少。因此，对于一个小的线宽，可以获得两个交点（即两个衰减极点），而且对于一个大的线宽，没有衰减极点。图4(b)显示了线宽分别为0.1mm、0.3mm和0.5mm的滤波器的插入损耗。线宽为0.1mm的滤波器有两个衰减极点，分别在3.9GHz和5.5GHz处。而线宽为0.5mm的滤波器没有任何大幅度衰减。

总之,变换电容C的大小是控制衰减极点最有效的方法。然而，对于抑制特定谐波和杂散信号的应用，变换微带线的长度L和特性导纳Yc可以给控制衰减极点带来更大的空间。

1. 宽阻带低通滤波器

第二部分讨论的分析方法可以用于设计一个宽截止频带的低通滤波器。图5显示了四节级联低通滤波器的原理和结果。前两个相同的部分有两个衰减极点，分别在2.5GHz和4.8GHz处，后两个相同部分的宽带截止频率响应有两个衰减极点，分别在5.1GHz和6.9GHz处。通过IE3D可以得到模拟结果。滤波器有一个-3dB对应着的通带，范围为0-1.7GHz。从0到1.6 GHz,插入损耗小于0.7 dB并且回波损耗大于17 dB。频率从2.1-7.5 GHz，衰减是大于20 dB。另一方面,截止频率fc = 1.5 GHz和通带波纹为0.1 dB(回波损耗比16.42 dB)的五指切比雪夫低通滤波器可以用来满足所需求的滤波器的性能。然而,这种传统的阶跃阻抗滤波器需要99Omega;的微带线(线宽= 0.075毫米)来实现分布式的电感器。窄的微带线不仅难于制造而且也会限制载流能力。窄的传输线损耗也比较大。此外,尽管小于4阶的阶跃阻抗滤波器可以实现实际的线宽,但是它的截止频率响应没有理想滤波器的性能好。图5(b)也显示了实际测量的三阶切比雪夫阶跃阻抗低通滤波器的插入损耗(如图5(c)所示），它的截止频率为fc= 1.5 GHz，通带波纹为0.1 dB。四阶滤波器显示比阶跃阻抗滤波器更明显的截止频率响应。

（a）级联四节低通滤波器的示意图

（b）仿真和测量结果

（c）阶跃阻抗低通滤波器

图5

用以下参数进行模拟：L₁=10.12mm,L₂=6.12mm,L₃=2.8mm,L₄=1.3mm,L₅=9.8mm,L₆=3.5mm,W_S=1mm,W=W_C=0.3mm,W₅=0.2mm,W₆=4mm,W_f=0.57mm,G=0.2mm,L_C=1.78mm,L_f=15mm(L_f可任意选择)。

4.小结

本文提出了一种紧凑型高抑制微带低通滤波器。研究与分析衰减极点。这种分析方法在低通滤波器设计抑制特定的谐波和杂散频率的时候是特别有用的。根据这种分析方法，设计、制作和测试一个级联低通滤波器，在0-1.6 GHz之间，它的插入损耗小于0.7 dB，回波损耗也比17dB好。从2.1到7.5 GHz，宽带的衰减大于20dB。

参考文献

[1] D. M. Pozar, Microwave Engineering. New York: Wiley, 1998, ch. 8.

[2] J.-W. Sheen, “A compact semi-lumped low-pass filter for harmonics and spurious suppression,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 10, no. 3, pp. 92–93, Mar. 2000.

[3] Y.-W. Lee, S.-M. Cho, G.-Y. Kim, J.-S. Park, D. Ahn, and J.-B. Lim, “A design of the harmonic rejection coupled line low-pass filter with attenuation poles,” in IEEE MTT-S Int. Dig., 1999, pp. 682–685.

[4] L.-H. Hsieh and K. Chang, “Compact elliptic-function low-pass filters using microstrip stepped-impedance hairpin resonators,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 51, no. 1, pp. 193–199, Jan. 2003.

[5] J.-T. Kuo and J. Shen, “A compact distributed low-pass filter with wide stopband,” in Proc. Asia-Pacific Microwave Conf., vol. 1, 2001, pp. 330–333.

[6] Zeland Software, Inc., Fremont, CA, Std. IE3D Ver. 10.1, Dec. 2003.

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[28868]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word