一种基于SIR的新型三频带通滤波器的设计

西安电子科技大学 刘 玄 赵益民

一种基于SIR的新型三频带通滤波器的设计

西安电子科技大学 刘 玄 赵益民

现代无线通信技术高速发展，而滤波器作为射频前端的重要组成部分，其性能的优劣直接影响整个通信系统的指标。为了解决频谱拥挤问题，提高频谱利用率，本文基于阶梯阻抗谐振器（Stepped Impedance Resonator,SIR）设计了一款工作于WLAN和WiMAX系统的三频微带带通滤波器。仿真结果表明，该滤波器插损低，尺寸小，选择性好，性能优越。

SIR；新型三频带通；滤波器；设计

1 SIR基本结构和谐振原理

图 1 SIR基本结构：四分之一波长SIR (a) 二分之一波长SIR (b)

SIR谐振单元包含两节及以上阻抗各异的传输线，正是由于各段传输线特性阻抗各异，阻抗比也不同，从而实现将寄生响应进行频谱搬移，构造多通带滤波器[36]。图1为四分之一和半波长型SIR的结构图，两类SIR结构均包含阶跃断裂面。其构成为两段线宽、特性阻抗各异的微带线。假设它们的特性阻抗记为Z1和Z2，电长度记为θ1和θ2，总的电长度记为θT。阻抗比K为两特性阻抗的比值，即K=Z2/Z1。四分之一波长型和半波长SIR的谐振原理是一致的，故只介绍半波长型SIR谐振原理。忽略阶跃断裂面处的不连续性问题，由最左侧开路面向最右侧开路面望去，其等效输入阻抗记为Zin，相应的等效导纳Yin，其计算公式如下：

当Zin=，即Yin=0时，二分之一波长SIR 谐振器处于谐振状态，此时令式1-1等于零，得到：

取θ1=θ2=θ的特殊情况，此时该半波长SIR的总电长度为：

确定目标频率f0、f1和f2后，将其代入上式，就可得阻抗比K和电长度θ，进而确定Z1和Z2的关系。通过选择合适的Z1和Z2，用ADS可计算出半波长SIR物理参数，进而确定其基本谐振单元。

2 基于SIR设计滤波器的第一、三通带

图2 基于SIR的双通滤波器结构图及仿真图

经过ANSOFT HFSS仿真优化，确定图2的参数：l1=7.9mm，l2=1.1mm，l3=6.4mm，l4=4mm，w1=1mm，w2=1.5mm，w3=1.5mm，S=0.1mm，t=3.95mm。

图3 构造第二通带的SIR基本结构

3 基于四分之一波长SIR构造第二通带

在相同的介质基板上，利用用四分之一波长SIR来构造三频带滤波器的中心频率为3.5GHz的第二通带。本节中设基频为了减少第一寄生通带对系统的干扰，将第一杂散响应搬移到代入公式4，很容易得到电长度选取合适的特征阻抗Z1和Z2，令则两段微带线对应的线宽均为将两个相同结构的四分之一波长型SIR短路端共同接地，为了实现小型化的目的，对它们进行变形，得到的SIR基本谐振单元如图3所示。

4 组合法实现三频带滤波器的设计

最后，为减小滤波器的尺寸，将图3中的四分之一波长SIR谐振单元嵌入到图2所示的双通带滤波器中，实现滤波器的三通带及小型化。最终的三频带通滤波器的结构和仿真结果如图4所示。