一種新穎的三頻帶通濾波器的設計方法

【摘要】介紹了一種可用于設計三頻帶通濾波器的倒F型枝節加載諧振腔，通過調節枝節的各段長度及位置就可以實現所需的三個諧振頻率，可方便的用于任意頻率比的三頻帶通濾波器設計。

【關鍵詞】三頻帶通濾波器；倒F型枝節；諧振腔

隨著無線局域網（WLAN）和全球微波接入互操作（Wimax）的迅速發展，多頻通信系統將成為今后無線通信的主導發展方向。本文提出了一種新型的三頻帶通濾波器設計方法，構成該濾波器的諧振腔是通過在通常的開環諧振腔內加載一個倒F型枝節，通過調節該枝節的各段長度及位置就可以實現所需要的三個諧振頻率。

1.傳統的三頻帶通濾波器的設計與分析

傳統的三頻帶通濾波器通常采用階梯阻抗諧振腔（SIR），通過調節階梯阻抗微帶線的電長度和特性阻抗，實現三個諧振頻率，這種方法設計過程較為復雜，而且需要采用高阻抗微帶線才能達到設計目標，這會使設計中的高阻微帶線過細，導致加工困難，影響濾波器特性。

2.新穎的倒F型枝節加載開環諧振腔的設計與分析

2.1 結構

結構如圖1所示，利用外圍尺寸La確定諧振腔的基本諧振模式后，只需要通過調節枝節的長度L1和L2及位置Ls和L3，就可以把諧振腔的高次諧振模式調節到所需要的位置，從而實現三頻帶通濾波器的設計，而不需要改變微帶線的寬度，從而有效避免使用太細的微帶線進行設計，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

對該諧振腔利用軟件Ansoft HFSS進行仿真得到其前三個諧振頻率隨諧振腔結構參數的變化曲線由圖2給出。圖2（a）繪出了圖1結構的諧振腔前三個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型枝節的開環諧振腔諧振頻率進行比較，分別用withF和withoutF表示。從圖2（a）中可以發現，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型枝節的存在發生了明顯的變化，可見加載倒F型枝節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型枝節的諧振腔進行初步估計，即改變諧振腔的外圍尺寸La調節基模的諧振頻率。

倒F型枝節加載的開環諧振腔的前三個諧振頻率隨枝節長度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，我們可以通過調節枝節長度L1的值改變高次模式頻率，以實現所需要的頻率比。

2.3 倒F枝節的位置及長度對三頻帶通濾波器頻率比的影響

改變枝節的長度參數L1，L2，位置參數Ls和L3，就可以計算出隨參數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，這種設計方法的頻率比的可調范圍是比較大的。取Ls=7mm和17mm時，參數L1和Ls對頻率比具有較大的影響，而L3=1mm和9mm時，參數L3和L2對頻率比的影響相對較小。因此，我們在設計中，可以先調節參數L1和Ls粗略的確定所需要的頻率比，再改變參數L3和L2的值進行更為精確的設計，以實現我們的設計目標。

從以上的分析可以看出，改變倒F枝節的位置及長度可以實現各種頻率比的三頻帶通濾波器設計，而且該種設計方法結構簡單，加工容易，可廣泛應用于多頻無線通信系統中。

3.結語

本文對多頻帶通濾波器的設計中，提出了一種可實現三通帶設計的倒F型枝節加載諧振腔，對它的特性進行了分析研究，通過調節枝節的長度及位置，可實現不同的頻率比以適應于多頻通信系統的應用。證明了這種方法在設計無線通信系統三頻帶通濾波器的可實用性。

參考文獻

[1]李德治，王超，陳星.具有寄生通帶抑制的微帶帶通濾波器的設計[J].電子測量技術，2011，08.

[2]C.M.Tsai，S.Y.Lee，C.C.Tsai，Hairpinfilterswithtunable transmitsionzeros，IEEEMTT-SInt.MicrowaveSymp. Dig.，Vol.3，pp.2175-2178，2001.

[3]J.-S.Hong，Couplingofasynchronyouslytunedcoupledmicrowave resonators，IEEEPro.Microwaves，Antennas and Propagation，147，pp.354-358，Oct.2000.

[4]譚小花.懸置線帶通濾波器和頻分器的設計與研制[D].復旦大學，2009.

[5]王剛.微波帶通濾波器的分析與設計[D].電子科技大學，2007.

[6]秦聰.基于matlab的高階帶通濾波器的設計與仿真[J].黑龍江科技信息，2011，16.

作者簡介：孟卓（1986—），男，陜西渭南人，陜西能源職業技術學院電子工程系助教，研究方向：檢測及自動控制。