基于枝節(jié)加載多模諧振器的電調(diào)微波濾波器設(shè)計(jì)

賈建科，王新寬，鄭春來(lái)，耶曉東

(陜西理工大學(xué) 物理與電信工程學(xué)院，陜西 漢中 723000)

0 引言

認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)[1-2]能夠利用有限的頻譜資源，緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，同時(shí)該技術(shù)能識(shí)別所需頻段并自我決定和調(diào)節(jié)所需頻段，工作在可調(diào)的工作頻帶中。頻率可調(diào)濾波器可以滿足該技術(shù)需要，使系統(tǒng)小型化并減小系統(tǒng)的插入損耗。微波電調(diào)濾波器可以實(shí)現(xiàn)濾波器的工作頻率和帶寬可調(diào)，電調(diào)濾波器在不改變系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了濾波器工作頻率和帶寬的調(diào)節(jié)。微波電調(diào)濾波器也可稱為微波可重構(gòu)濾波器，是通過(guò)調(diào)節(jié)固定電路的偏置電壓調(diào)節(jié)濾波器的頻率響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)濾波器的頻率和帶寬可調(diào)[3]?，F(xiàn)有文獻(xiàn)給出了電調(diào)濾波器的設(shè)計(jì)，但所設(shè)計(jì)的電調(diào)濾波器存在帶外衰減不理想，通帶選擇性不理想的問(wèn)題。文獻(xiàn)[4]提出的可重構(gòu)雙通帶濾波器采用E型微帶諧振器，實(shí)現(xiàn)了濾波器頻率的電調(diào)，但濾波器尺寸大，帶外衰減不理想；文獻(xiàn)[5]利用T型微帶諧振器設(shè)計(jì)的頻率可調(diào)帶通濾波器，尺寸大，通帶選擇性不理想，且濾波器的頻率調(diào)節(jié)范圍較小。文獻(xiàn)[6]利用高低阻抗線微帶諧振器設(shè)計(jì)的電調(diào)帶通濾波器尺寸相對(duì)大，帶外衰減不理想。基于此，提出了一種基于枝節(jié)加載微帶線多模諧振器的電調(diào)濾波器，實(shí)現(xiàn)了濾波器的小型化，并利用新型的頻變耦合結(jié)構(gòu)引進(jìn)新的傳輸零點(diǎn)，改善了濾波器的帶外衰減和通帶選擇性。

枝節(jié)加載的微帶線多模諧振器由于加載枝節(jié)的微擾，兼并模分裂，利用該諧振器設(shè)計(jì)微波濾波器，實(shí)現(xiàn)微波濾波器的小型化[7-8]。通過(guò)控制加載在諧振器末端和加載枝節(jié)上的變?nèi)荻O管的容值大小，可改變微帶線的電長(zhǎng)度，從而改變諧振單元的諧振頻率，控制濾波器中心頻率的變化，實(shí)現(xiàn)微波濾波器的頻率可調(diào)，滿足認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的需要。本設(shè)計(jì)在分析電調(diào)枝節(jié)加載微帶多模諧振器的基礎(chǔ)上，利用雙端短路的枝節(jié)加載微帶多模諧振器和變?nèi)荻O管設(shè)計(jì)電調(diào)微波濾波器。

1 枝節(jié)加載多模諧振器諧振(SLR)機(jī)理分析

枝節(jié)加載多模諧振器是在雙端短路或開(kāi)路的微帶線中心位置加載短路或者開(kāi)路枝節(jié)，因而枝節(jié)加載多模諧振器有4種結(jié)構(gòu)，分別為開(kāi)路枝節(jié)加載的雙端開(kāi)路微帶諧振器、開(kāi)路枝節(jié)加載的雙端短路微帶諧振器、短路枝節(jié)加載的雙端開(kāi)路微帶諧振器、短路枝節(jié)加載的雙端短路微帶諧振器[9-12]。下面主要討論開(kāi)路枝節(jié)加載的雙端開(kāi)路微帶諧振器和短路枝節(jié)加載的雙端短路微帶諧振器的諧振機(jī)理。

1.1 開(kāi)路枝節(jié)加載的雙端開(kāi)路多模微帶諧振器

根據(jù)傳輸線理論，傳輸線上任意點(diǎn)的電壓和電流可表示為：

U(θ)=ULcosθ+jILZ0sinθ

(1)

(2)

由式(1)、(2)可得傳輸線上任意點(diǎn)的輸入阻抗為：

(3)

電長(zhǎng)度為θ的無(wú)耗傳輸線的轉(zhuǎn)移矩陣為：

(4)

則從傳輸線左側(cè)向右看去的輸入導(dǎo)納為：

(5)

由式(5)可知傳輸線終端開(kāi)路時(shí)輸入導(dǎo)納為：

(6)

由式(5)可知傳輸線終端短路時(shí)輸入導(dǎo)納為：

(7)

根據(jù)式(5)可知，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多模微帶諧振器，分析其諧振特性時(shí)，根據(jù)諧振器的結(jié)構(gòu)求出諧振器的轉(zhuǎn)移矩陣ABCD矩陣，再結(jié)合式(6)、式(7)就可求出諧振器的輸入導(dǎo)納。最后根據(jù)諧振條件Im(Yin)=0可分析諧振器的諧振特性。

根據(jù)諧振條件Im(Yin)=0和式(6)可得，雙端開(kāi)路的傳輸線諧振器是二分之一波長(zhǎng)諧振器，諧振器的電長(zhǎng)度θ=kπ，k為整數(shù)。對(duì)于微帶線諧振器，其諧振頻率為:

(8)

其中：c為光速，L為傳輸線諧振器的長(zhǎng)度，εeff為傳輸線諧振器的介質(zhì)的等效介電常數(shù)。當(dāng)k=1，即θ=π時(shí)可得第一諧振頻率，當(dāng)k≥2時(shí)，可依次得到其他高次諧振頻率。

(9)

雙端短路的傳輸線諧振器是二分之一波長(zhǎng)諧振器，第一諧振頻率：

(10)

其中：c為光速，L為傳輸線諧振器的長(zhǎng)度，εeff為傳輸線諧振器的介質(zhì)基板的等效介電常數(shù)。

開(kāi)路枝節(jié)加載的雙端開(kāi)路微帶諧振器是在雙端開(kāi)路的微帶諧振器的中間加載開(kāi)路枝節(jié)，結(jié)構(gòu)如圖1(a)，開(kāi)路諧振器的幾何長(zhǎng)度為2L1，電長(zhǎng)度為2θ1，特性阻抗為Y1，開(kāi)路枝節(jié)的幾何長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，電長(zhǎng)度為θ2，特性阻抗為Y2。該諧振器結(jié)構(gòu)對(duì)稱，呈軸對(duì)稱分布，可以利用奇偶模理論進(jìn)行分析。奇模分析時(shí)，對(duì)稱面處等效為電壁，可用接地等效；偶模分析時(shí)，對(duì)稱面處等效為磁壁，可用開(kāi)路等效。圖1(b)和(c)分別為奇模等效電路和偶模等效電路[5]。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

奇模等效電路為單端短路的傳輸線諧振器，是四分之一波長(zhǎng)諧振器，由式(9)可知奇模第一諧振頻率為：

(11)

偶模等效電路為雙端開(kāi)路的傳輸線諧振器，是二分之一波長(zhǎng)諧振器。為分析方便，令開(kāi)路枝節(jié)的特性導(dǎo)納Y2=2Y1，根據(jù)式(8)則偶模第一諧振頻率為：

(12)

改變諧振器L1和開(kāi)路枝節(jié)L2的長(zhǎng)度就可改變諧振器的奇模和偶模諧振頻率。當(dāng)奇偶模頻率靠近，并輔以強(qiáng)的外部耦合就可構(gòu)成帶通濾波器[13-14]。

1.2 短路枝節(jié)加載的雙端短路多模諧振器

短路枝節(jié)加載的雙端短路微帶諧振器是在雙端短路微帶諧振器的中間加載短路枝節(jié)，結(jié)構(gòu)如圖2(a)，短路諧振器的幾何長(zhǎng)度為2L1,電長(zhǎng)度位2θ1，特性阻抗為Y1，短路枝節(jié)的幾何長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，電長(zhǎng)度為θ2，特性阻抗位Y2。同理該諧振器結(jié)構(gòu)對(duì)稱，呈軸對(duì)稱分布，也可以利用奇偶模理論進(jìn)行分析。奇模分析時(shí)，對(duì)稱面處等效為電壁，可用接地等效；偶模分析時(shí)，對(duì)稱面處等效為磁壁，但加載的是短路枝節(jié)，因此偶模等效電路在加載枝節(jié)末端接地。圖2(b)和圖2(b)分別為奇模等效電路和偶模等效電路。奇模等效電路為雙端短路的傳輸線諧振器，是二分之一波長(zhǎng)諧振器，奇模第一諧振頻率為：

圖2 結(jié)構(gòu)圖

(13)

偶模等效電路為雙端短路的傳輸線諧振器，也是二分之一波長(zhǎng)諧振器[15-17]。為分析方便，令開(kāi)路枝節(jié)的特性阻抗Y2=2Y1，則偶模第一諧振頻率為：

(14)

同理，改變雙端短路諧振器L1和加載短路枝節(jié)L2的長(zhǎng)度就可改變奇偶模諧振頻率，同時(shí)輔以強(qiáng)的外部耦合就構(gòu)成了帶通濾波器[7]。

2 枝節(jié)加載的頻率可調(diào)多模諧振器

對(duì)于開(kāi)路枝節(jié)加載的雙端開(kāi)路諧振器，在3個(gè)開(kāi)路端串聯(lián)變?nèi)荻O管就可構(gòu)成枝節(jié)加載的電調(diào)諧振器[8]。根據(jù)變?nèi)荻O管加載位置的不同，枝節(jié)加載電調(diào)諧振器可分為4種類型，分別為終端加載變?nèi)荻O管，另一端短路的微帶諧振器；終端加載變?nèi)荻O管，另一端開(kāi)路的微帶諧振器；中間加載變?nèi)荻O管，一端開(kāi)路，另一端短路的微帶諧振器；中間加載變?nèi)荻O管，兩端都開(kāi)路。本設(shè)計(jì)選用的是終端加載變?nèi)荻O管，另一端短路的微帶諧振器，同理該諧振器結(jié)構(gòu)對(duì)稱，呈軸對(duì)稱分布，也可以利用奇偶模理論進(jìn)行分析。奇模分析時(shí)，對(duì)稱面處等效為電壁，可用接地等效；偶模分析時(shí)，對(duì)稱面處等效為磁壁，但加載的是短路枝節(jié)，因此偶模等效電路在加載枝節(jié)末端接地。其電路如圖3(a)，奇模等效電路如圖3(b)，偶模等效電路如圖3(c)。奇模等效電路由變?nèi)荻O管Cv1和二分之一波長(zhǎng)微帶線諧振器組成，利用奇偶模理論分析時(shí)，諧振器右端看作電壁，可等效接地。根據(jù)奇模等效電路和傳輸線理論可得其奇模輸入導(dǎo)納為：

圖3 電路圖

Yin_odd=-jY1cotθ1+jωc1

(15)

其中：Y1為微帶線諧振器L1的特性導(dǎo)納，θ1為微帶線諧振器L1的電長(zhǎng)度，c1為加載變?nèi)荻O管Cv1的容值。根據(jù)傳輸線諧振器諧振條件，由式(15)可得變?nèi)荻O管Cv1的容值c與諧振器奇模諧振頻率fodd的關(guān)系為：

(16)

由式(16)可知，隨著加載的變?nèi)荻O管Cv1容值c1的增大，奇模諧振頻率fodd減小。改變加載變?nèi)荻O管Cv1的容值，可改變諧振器的奇模諧振頻率。

偶模等效電路如圖3(c)所示，偶模等效電路由二分之一波長(zhǎng)諧振器L1、加載枝節(jié)L2、變?nèi)荻O管Cv1和變?nèi)荻O管Cv2組成。根據(jù)傳輸線理論可得該電調(diào)諧振器的偶模輸入導(dǎo)納為：

(17)

其中：

式(17)中，Y1為微帶線諧振器L1的特性導(dǎo)納，θ1為微帶線諧振器L1的電長(zhǎng)度，Y2為微帶線諧振器加載枝節(jié)L2的特性導(dǎo)納，θ2為微帶線諧振器加載枝節(jié)L2的電長(zhǎng)度，c1為加載變?nèi)荻O管Cv1的容值，c2為加載變?nèi)荻O管Cv2的容值，ωeven為偶模諧振角頻率。根據(jù)傳輸線諧振器諧振條件，由式(17)可知變?nèi)荻O管Cv1的容值c1和變?nèi)荻O管Cv2的容值c2與諧振器偶模諧振頻率feven有關(guān)，隨著加載的變?nèi)荻O管Cv1容值c1和變?nèi)荻O管Cv2容值c2增大，諧振器偶模諧振頻率feven減小。因此改變加載變?nèi)荻O管的容值，就可改變諧振器的偶模諧振頻率。

根據(jù)式(11)、(12)可知，枝節(jié)加載的多模微帶線諧振器的奇模諧振頻率與諧振器的長(zhǎng)度L1有關(guān)，增大諧振器長(zhǎng)度，奇模諧振頻率減小，偶模諧振頻率與諧振器的長(zhǎng)度L1和加載枝節(jié)的長(zhǎng)度L2有關(guān)，增大L1和L2的長(zhǎng)度，偶模諧振頻率減小。根據(jù)式(16)、(17)可知，在不改變枝節(jié)加載諧振器幾何長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，通過(guò)在諧振器和加載枝節(jié)的末端加載變?nèi)荻O管的方法，可改變諧振器的奇模和偶模諧振頻率。改變加載的變?nèi)荻O管的容值，等效為改變諧振器和加載枝節(jié)的幾何長(zhǎng)度，從而改變諧振器的諧振頻率。增大諧振器兩端加載的變?nèi)荻O管Cv1的容值，減小諧振器的奇模諧振頻率，增大諧振器兩端加載的變?nèi)荻O管Cv1和加載枝節(jié)末端加載的變?nèi)荻O管Cv2的容值，可減小偶模諧振頻率。通過(guò)強(qiáng)的外部耦合，使該電調(diào)諧振器的奇模諧振頻率和偶模諧振頻率構(gòu)成一通帶，改變變?nèi)荻O管Cv1多和Cv2的容值，可實(shí)現(xiàn)濾波器工作頻率的電調(diào)。多模諧振器的奇模諧振頻率和偶模諧振頻率二者間的耦合系數(shù)M為：

(18)

由式(18)可知，由多模諧振器構(gòu)成的微波帶通濾波器，改變多模諧振器的奇模諧振頻率和偶模諧振頻率，就可改變?yōu)V波器的帶寬。因此改變變?nèi)荻O管Cv1和Cv2的容值，不僅實(shí)現(xiàn)了微波濾波器工作頻率的電調(diào)，還實(shí)現(xiàn)了微波濾波器工作帶寬的電調(diào)。圖4(a)給出了奇模諧振頻率隨加載變?nèi)荻O管容值的變化曲線。可知隨著變?nèi)荻O管容值的增大，諧振器奇模諧振頻率減小。當(dāng)變?nèi)荻O管容值較小時(shí)，奇模諧振頻率變化大，隨著變?nèi)荻O管容值增大，奇模諧振頻率變化減小。改變加載在諧振器兩端的變?nèi)荻O管的容值可改變諧振器的奇模諧振頻率。圖4(b)給出了偶模諧振頻率隨加載變?nèi)荻O管容值的變化曲線。隨著加載在諧振器短路端和加載枝節(jié)短路端可變二極管容值的增大，諧振器的偶模諧振頻率減小。改變加載在諧振器兩端的變?nèi)荻O管的容值也可改變諧振器的偶模諧振頻率。因此通過(guò)在諧振器的兩端加載變?nèi)荻O管就可實(shí)現(xiàn)諧振器諧振頻率的電調(diào)[18-20]。

圖4 諧振頻率隨加載變?nèi)荻O管容值的變化曲線

本設(shè)計(jì)通過(guò)在開(kāi)路枝節(jié)加載的雙端開(kāi)路諧振器的開(kāi)路端和加載枝節(jié)端加載變?nèi)荻O管的方法構(gòu)成了一電調(diào)微帶多模諧振器，并利用該電調(diào)諧振器設(shè)計(jì)電調(diào)濾波器。枝節(jié)加載的諧振器具有多模諧振特性，因此利用電調(diào)枝節(jié)加載諧振器不僅可實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波器工作頻率和帶寬的電調(diào)。

3 枝節(jié)加載多模諧振器的電調(diào)濾波器設(shè)計(jì)

枝節(jié)加載多模諧振器由于加載枝節(jié)的微擾，傳輸線諧振器簡(jiǎn)并模分裂，形成奇模和偶模諧振頻率，輔以強(qiáng)的耦合方式就可構(gòu)成帶通濾波器[4]。因此由一個(gè)枝節(jié)加載諧振器設(shè)計(jì)的微波濾波器可以有效減小濾波器的尺寸，實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化。本文利用枝節(jié)加載的電調(diào)多模諧振器設(shè)計(jì)了一電調(diào)微波濾波器，通過(guò)平行耦合線饋電，在枝節(jié)加載諧振器的開(kāi)路端和加載的枝節(jié)上串聯(lián)變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)微波濾波器工作頻率的電調(diào)。該電調(diào)微波濾波器由枝節(jié)加載諧振器、變?nèi)荻O管、平行耦合饋線組成，濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 枝節(jié)加載諧振器的電調(diào)微波濾波器

諧振器由兩端開(kāi)路的諧振器和加載的短路枝節(jié)組成，其長(zhǎng)度為2L1，加載的短路枝節(jié)長(zhǎng)度為L(zhǎng)2。在諧振器的開(kāi)路端和加載枝節(jié)的短路端串聯(lián)變?nèi)荻O管Cv1和Cv2，L3為平行耦合饋線，饋線末端放置耦合線L4。介質(zhì)基板材料選用Rogers RT/Duroid 5880，相對(duì)介電常數(shù)為2.65，介質(zhì)基板厚度h=1 mm。諧振器的長(zhǎng)度決定奇模諧振頻率，而諧振器的長(zhǎng)度和加載枝節(jié)長(zhǎng)度決定偶模諧振頻率，改變諧振器和加載枝節(jié)的長(zhǎng)度就可改變?yōu)V波器的工作頻率和帶寬。通過(guò)改變變?nèi)荻O管的偏置電壓，就可改變變?nèi)荻O管的容值，實(shí)現(xiàn)濾波器工作頻率和帶寬的電調(diào)。因此在諧振器的短路端和加載枝節(jié)端加載可變電容器和偏置電路，改變偏置電路的偏置電壓，就可改變變?nèi)荻O管的容值，實(shí)現(xiàn)濾波器頻率的電調(diào)。

該濾波器的饋電方式采用平行耦合線L3饋電，平行耦合線L3和諧振器枝節(jié)L1之間實(shí)現(xiàn)電耦合。微帶線L5是阻抗匹配線，其寬度為W5。為了增強(qiáng)濾波器的通帶選擇性，引入源和負(fù)載耦合的方法，在濾波器的上邊帶引入了一傳輸零點(diǎn)，該源和負(fù)載的耦合是容性耦合。輸入輸出平行耦合線L3的末端相互靠近，二者之間實(shí)現(xiàn)耦合，即源和負(fù)載耦合，耦合方式是電耦合，二者之間的間距為G3。減小兩平行耦合線L3的間距G3的值，當(dāng)G3=2 mm時(shí)，通帶右邊未引入傳輸零點(diǎn)，隨著間距G3的減小，當(dāng)G3=0.4 mm時(shí)，通帶右邊引入了一個(gè)傳輸零點(diǎn)TZ3，如圖6所示。圖6給出了引進(jìn)源和負(fù)載耦合時(shí)，濾波器通帶選擇性的變化曲線。從圖6可知，引進(jìn)源和負(fù)載耦合，即減小輸入輸出饋線末端的距離G3，通帶右邊引入新的傳輸零點(diǎn)，濾波器通帶選擇性增強(qiáng)。在饋線L3末端放置耦合線L4，進(jìn)一步增強(qiáng)了源和負(fù)載的耦合，濾波器的通帶選擇性增強(qiáng)。圖7給出了添加耦合線L4后，濾波器通帶選擇性的變化曲線，從圖7可知，添加耦合線L4后，濾波器過(guò)渡帶更加陡峭，通帶選擇性進(jìn)一步加強(qiáng)。饋線L3和耦合線L4的間距為G2，放置耦合線L4后濾波器的傳輸零點(diǎn)TZ2和TZ3更靠近通帶，濾波器的通帶選擇性進(jìn)一步增強(qiáng)。耦合線L4的長(zhǎng)度、饋線L3和耦合線L4的間距G2的大小都影響傳輸零點(diǎn)TZ2和TZ3的位置。饋線L3與諧振器的間距為G1，饋線末端耦合線L4與平行耦合饋線L3間距為G2，諧振器末端通過(guò)過(guò)孔接地，過(guò)孔直徑為d。通過(guò)仿真優(yōu)化可得該濾波器的尺寸，L1=45 mm，W1=2 mm，L2=3 mm，W2=4 mm，L3=35.9 mm，W3=0.4 mm，L4=10 mm，W4=0.2 mm，L5=24.5 mm，W5=5.6 mm，G1=0.1 mm，G2=0.2 mm，d=0.8 mm。最后仿真了該頻率可調(diào)濾波器，仿真結(jié)果如圖8所示。圖8給出了變?nèi)荻O管容值與濾波器工作頻率的變化關(guān)系，濾波器的工作頻率隨著變?nèi)荻O管容值的增大在減小。

圖6 引進(jìn)源和負(fù)載耦合時(shí)通帶選擇性的變化曲線

圖7 添加耦合線的濾波器通帶選擇性的變化曲線

圖8 枝節(jié)加載的電調(diào)濾波器S21參數(shù)曲線

仿真過(guò)程中，加載枝節(jié)L2端的變?nèi)荻O管Cv2容值為5 pf，變?nèi)荻O管用容性邊界等效。由圖8可知，隨著諧振器端加載變?nèi)荻O管容值Cv1的增大，濾波器的工作頻率逐漸減小，變?nèi)荻O管Cv1的可調(diào)范圍為2～10 pf，超過(guò)該范圍濾波器的帶內(nèi)和帶外特性變差；濾波器的頻率可調(diào)范圍為2.10～2.40 GHz,頻率變化范圍為300 MHz。通過(guò)改變加載在諧振器的開(kāi)路端和加載枝節(jié)端變?nèi)荻O管的容值，實(shí)現(xiàn)了微波濾波器頻率的電調(diào)，但該電調(diào)微波濾波器的帶寬隨著變?nèi)荻O管容值的增大，帶寬增大，即該電調(diào)濾波器實(shí)現(xiàn)了濾波器頻率電調(diào)，但濾波器帶寬不恒定。

由圖8可知，該電調(diào)微波濾波器的阻帶衰減不理想，下阻帶最小衰減20 dB，上阻帶的最小衰減為30 dB，不能滿足微波濾波器的帶外衰減要求，這主要是由于微帶傳輸線諧振器的周期性。為了增大帶外衰減，可通過(guò)在帶外引入傳輸零點(diǎn)的方法。為了在帶外引入傳輸零點(diǎn)，提出了一種新型的頻變饋電結(jié)構(gòu)，如圖9所示。該饋電結(jié)構(gòu)由輸入輸出耦合和源和負(fù)載耦合組成。輸入輸出耦合饋電結(jié)構(gòu)采用平行線耦合饋電結(jié)構(gòu)，包括電容c和一段接地短路線。該接地短路線由長(zhǎng)度為L(zhǎng)3的傳輸線和長(zhǎng)度為L(zhǎng)4的短路線構(gòu)成，傳輸線L4實(shí)現(xiàn)輸入輸出耦合饋電。源和負(fù)載耦合結(jié)構(gòu)由開(kāi)路線構(gòu)成，該開(kāi)路線包括傳輸線L6、L7和L8，開(kāi)路線之間的間距G3和L8決定帶外傳輸零點(diǎn)的位置。因此濾波器整個(gè)耦合路徑包括輸入輸出耦合路徑和源和負(fù)載耦合路徑，輸入輸出耦合路徑為主耦合路徑。當(dāng)這兩個(gè)耦合路徑相位相反，幅度相等時(shí)，出現(xiàn)傳輸零點(diǎn)。圖10為該新型頻變饋電結(jié)構(gòu)電調(diào)微波濾波器的傳輸特性仿真曲線。從圖10可知，利用新型的頻變饋電結(jié)構(gòu)，在該電調(diào)濾波器的上阻帶引入一個(gè)新的傳輸零點(diǎn)。與圖8的曲線相比，該電調(diào)濾波器的上阻帶和下阻帶的衰減大于30 dB。因此引入該新型頻變饋電結(jié)構(gòu)不僅引入傳輸零點(diǎn)，也改善了濾波器的帶外衰減特性。

圖9 新型頻變饋電結(jié)構(gòu)的電調(diào)微波濾波器

圖10 新型頻變饋電結(jié)構(gòu)的電調(diào)微波濾波器S21參數(shù)曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)在分析枝節(jié)加載微帶線多模諧振器的基礎(chǔ)上，提出了一種頻率可調(diào)諧振器，并利用該諧振器設(shè)計(jì)了一頻率可調(diào)的微波電調(diào)濾波器，并實(shí)現(xiàn)了微波濾波器的小型化。通過(guò)仿真優(yōu)化確定了濾波器幾何尺寸，給出該濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從仿真結(jié)果可知，該微波濾波器可實(shí)現(xiàn)濾波器工作頻率的電調(diào)，隨著加載變?nèi)荻O管容值的減小，濾波器的工作頻率增大，帶寬逐漸減小，未實(shí)現(xiàn)濾波器工作帶寬的恒定。為了改善濾波器的阻帶衰減特性，提出一種新型的頻變饋電結(jié)構(gòu)，有效改善了濾波器的帶外衰減特性，并在上阻帶引入了一新的傳輸零點(diǎn)。