基于HFSS设计发夹形SIR带通滤波器.pdf
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1、2 0 0 5 , 全国 微波毫米波会议论文集 基于H F S S 设计发夹形 S I R 带通滤波器 毛睿杰唐小宏马海虹 ( 电子科技大学电子工程学院,成都 6 1 0 0 5 4 ) 摘要:发夹形 S I R带通滤波器以小体积、高选择性和远寄生通带为特点, 具有很强的工 程实用价值。 本文以一个L 波段发夹形S I R 带通滤波器为例,以相关理论为基础, 基于 H F S S 对该类滤波器的精确设计方法做了 研究,测试结果证明了设计方法的准确性。 关键词:发夹形S I R 带通滤波器 H F S S L 波段 1 .引言 在微波通信系统中, 结构紧凑和性能良 好的滤波器对系统指标的提高起着
2、关键性的 作用。 发夹型S I R 带通滤波器即是一种常见的微带滤波器, 其以小体积、高选择性和远 寄生 通带为 特点, 在L 波段和S 波段得到了 广泛的 应用。 川然而, 这类滤波器的 传统设 计方法以实验为基础,耗时且不经济。本文基于有限元场分析软件 H F S S 对其精确设计 方法做了研究。 文章的第一部分介绍了由祸合谐振器构成的带通滤波器的通用设计方法, 对发夹形 S 工 R 谐振器、滤波器级间祸合系数和外部品质因数的设计和计算作了探讨;文章的第二 部分以一个L 波段发夹型S I R 带通滤波器为例, 对该类滤波器的设计方法做了 详细介绍, 测试结果证明了该设计方法的准确性。 这种
3、方法亦适用于所有由祸合谐振器构成的带通 滤波器设计。 2 .设计原理 2 . 1 由 祸合谐振器构成的带通滤波器通用设计方法 发夹型S I R 带通滤波器及类似结构的滤波器一般由多个相同的谐振器级联而成。设 计 从 给定的 滤波 器 指 标出 发( 如中 心 频 率. o 、 相 对宽 度F B W , 带 外 抑制 等) , 首 先 根 据 低 通 原 型 获 得 滤 波 器 的 设 计 参 数( 级 数” , 低 通 元 件 值g 户, 然 后 基 于 选 用 的 谐 振 器 形 式计算滤波器的电参数和结构参数, 借助微波C A D 软件能对结果进行精确的分析和修正。 滤 波 器的 插 损
4、L 。 由 单 个 谐振 器的 无 载品 质因 数Q 。 决 定, 两 者关 系 见 式( 1 ) 。 无 载 品 质因 数Q 。 取决 于 分 布元 件电 路的 几 何结 构。 L o _4 . 4 3 典 寸 鱼 F B W胃Q o ; ( 1 ) 1 2 0 9 2 0 0 5 , 全国微波毫米波会议论文集 滤 波器的 外部品 质因 数( Q e ) 反映了 滤 波 器和 输 入、 输出电 路之间 的 阻 抗匹 配关 系, 其 表 达 式 为( Q e l 和Q e : 分 别 是 输 入 端 和 输出 端的 外 部Q 值, 当 输 入 输出 阻 抗 相 等 时, 有Q e l = Q
5、, 2 ) : Q e l =9 0 9 1 F 一 召W , Q e 2 = g n g n + l FBW ( 2 ) 滤 波 器 第j 级 和 第j -)- 1 级 谐 振 器 间 的 祸 合 系 数 气 , , + , 和 基 本 设 计 参 数 之 间 有 如 下 关系: 尸召W ( 3 ) 十 .百苦 j, k g j g j + l 通过 上 面的 分析 可 知,由 藕 合谐 振 器 构 成的 滤 波 器 通 过综 合 考 虑f 0 Q 0 - Q 。 和 k 来完成, 根据这些参数与滤波器的物理结构之间的关系综合带通滤波器结构是可行的。 从 式( 2 ) 和 式( 3 ) 可以
6、 看出 ,Q e 与F B W 成 反比 ,k 与F B W 成正比 , 需 要合 理 选 择F B W 使 这两个指标处于能 够实现的范围内。 事实上, 发夹型S I R 带通滤波器的相对带宽不大于 5 % . 2 . 2 发夹型S I R 滤波器结构设计原理 发夹型S I R 滤波器的谐振器结构由一段被开路低阻祸合线加载的传输线构成, 与常 见的发夹形滤波器相比, 其尺寸在不减小品质因数的前提下显著减小, 适用的频率范围 较宽。 撇丁叫土 L t = 2 L t + L 2 ( a ) 图 1( a )发夹形S 工 R 谐振器;( b ) 网络模型; ( c )奇模模型;( d ) 偶模模
7、型。 1 21 0 2 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集 图1 是 一个典型的发 夹形S I R 谐振器的 结构及其等效电 路。 2 1谐振器的 祸合线节 可 由 一 个 变比 为一 1 : 1 的 理 想 变 压 器 和 两 个 开 路 分 支 等 效 。 开 路 分 支1 的 特 性 阻 抗Z o c l 是 祸合 线 奇 模 特性阻 抗Z o 。 的 一半, 开 路分 支2 的 特性阻 抗Z 0 C : 是 祸 合 线 偶 模 特性阻 抗 Z o 。 的 一 半。 写出 祸 合线 节 在奇 模 激励时 等效电 路的 传输 矩阵, 根 据 场分 布的 特点, 可 以得到奇模式谐振的普适
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