卜景鹏 马向华
广东圣大电子有限公司
摘要：本文提出了一种基于阶梯阻抗(SIR)的梳状带通微波滤波器的设计方法。利用阶梯阻抗谐振器代替普通梳状滤波器谐振单元构成新型的梳状带通微波滤波器，该滤波器优点是最大限度的减少滤波器电路中通孔的数量，电学上增强了电路的稳定性，工艺上简化了制作流程，同时由于阶梯阻抗谐振器增强了谐振器之间的耦合，这种新型带通滤波器可以实现30％甚至更大的带宽。本文设计了一个K波段5阶带通滤波器，仿真结果表明该滤波器通带损耗小于1dB，带宽超过25％。
关键词：梳状带通滤波器，阶梯阻抗谐振器，中等宽带滤波器
1 引言
滤波器在无线通信电路中是一种关键的射频器件，在滤除镜频干扰、衰减噪声、频分复用及在高性能的振荡、放大、倍频、混频电路中，都有广泛的应用，另外，有效的宽频带阻抗匹配网络和耦合结构也要使用滤波器结构。随着无线通信的微型、宽带化，以及高性能的终端结构的发展要求，促使了包括滤波器在内的射频元器件的微型化和可集成化的发展，同时也开发了各种结构和性能的射频滤波器，从而进一步满足了小体积、轻重量微波系统的要求。考虑到与微波集成电路工艺兼容，滤波器多采用平面制作工艺，所以目前微波滤波器设计大多采用微带线和共面波导形式。带通微波滤波器的基本结构有平行耦合滤波器，梳状耦合滤波器，交指型耦合滤波器三种结构。其中前两者主要针对窄带滤波器，相对带宽不超过20％[1][2]，而交指滤波器既可以制作窄带滤波器也可以制作宽带滤波器，其带宽可高达70％[1]。梳状滤波器和交指滤波器结构上较为紧凑，有利于微波滤波器小型化，但两者的制作过程中大量使用通孔，而通孔不可避免的带有寄生效应，电学上破坏电路的稳定性，而工艺上则增加了工艺流程，提高制作成本，并且降低成品率。为解决这个问题，本文提出了基于SIR的新型梳状滤波器，利用高阻线开路梢头取代电容，这样电路结构只保留两个通孔或者完全不用通孔，避免了通孔所带来的问题。从仿真和测量结果看，这种梳状滤波器的带宽很容易达到30％，这为宽带滤波器的设计提供了新的思路和方法。
SIR (Stepped Impedance Resonator) 是由阶梯阻抗传输线构成的谐振器，并由此作为滤波器的谐振器单元，SIR谐振器的特点是其高阶谐振频率高于基频的2倍或3倍且可以设计为非整数倍频处，相对于传统滤波器，SIR滤波器对信号的谐波抑制有很大的改善。文献[5][6]利用SIR技术实现了发夹型带通滤波器，由于发夹型SIR谐振器Q值不高导致滤波器插损较大，本文采用具有较高Q值的梳状SIR滤波器，可以实现较低的插损和较好的谐波抑制。
4 结论
本文提出了一种新型的微带梳状带通滤波器。该滤波器采用SIR谐振器结构代替原有的接地传输线并接电容的谐振器，可以最大限度减少通孔的使用，电学上减少了寄生效应，增加了电路的稳定性，工艺上减少了复杂度。从滤波器频率响应上看，这种梳状滤波器可以很容易的实现30％甚至更宽的带宽，这是普通梳状滤波器难以达到的，这也为设计中等宽带或更高宽带的微波滤波器提供了新的途径。同时SIR谐振器也可以应用在交指滤波器中，并可能起到取代交指滤波器通孔的作用，这将很大程度上简化滤波器的制作工艺。
参考文献：
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[8] C.M.Kudsia，R.J.Cameron，and W.C.Tang，"Innovations in microwave filters and multipexering networks for
论文作者:卜景鹏 马向华
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
标签：滤波器论文; 谐振器论文; 阻抗论文; 微波论文; 结构论文; 阶梯论文; 电路论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;