小型化微带双模带通滤波器研究

高山山，徐嘉莉

(成都大学电子信息工程学院，四川 成都 610106)

小型化微带双模带通滤波器研究

高山山，徐嘉莉

(成都大学电子信息工程学院，四川 成都 610106)

提出了一种非对称开槽贴片结构的双模谐振器，并在此基础上研究设计出了一种结构紧凑的微带双模带通滤波器，这种具有非对称开槽贴片的双模谐振器不仅具有双模谐振的特性，还能够有效减小电路的尺寸，便于实现双模带通滤波器的小型化.利用ADS仿真软件对设计出的双模带通滤波器进行仿真表明，该滤波器具有良好的通带特性，且整体尺寸为0.2 λg×0.2 λg，有效实现了双模带通滤波器的小型化.

双模;滤波器;带通;小型化

0 引言

微波滤波器起着选择信号的重要作用，它是现代无线通信系统的重要元器件之一.随着无线通信技术的迅猛发展，对微波滤波器也提出了更高的要求，高性能、小型化、低成本已成为微波滤波器未来的发展趋势.双模谐振器在微波滤波器的设计中具有较为广泛的应用，每个双模谐振器都可以看成是一个双频调谐电路，对于n阶的滤波器而言，若采用双模谐振器来实现，谐振器的数量将比单模减少一半，可有效地减小电路的尺寸［1-3］.1972 年，Wolff［4］提出了最早的平面双模谐振器.1995年，Hong等［5-6］提出了基于方形环谐振器的双模带通滤波器，又提出了基于蜿蜒环谐振器的双模带通滤波器.1999年，Zhu等［7］提出了基于开槽贴片的双模带通滤波器.其后，科研人员推出了微扰的双模谐振器及中间支节加载的开路环双模谐振器［8-9］.但上述滤波器在小型化方面还存在一定的问题，如何更加有效地减小滤波器的尺寸已成为微波滤波器研究的重点和难点之一.针对这一问题，本研究设计了一种基于非对称开槽贴片的双模带通滤波器，可有效减小滤波器的尺寸.

1 双模带通滤波器研究

1.1 双模谐振器结构

传统的贴片双模谐振器结构如图1所示.

图1 传统贴片双模谐振器

该贴片为带有切角的正方形贴片结构，其中，l的长度约为半个波长，即 l≈0.5 λg，通过调节切角的尺寸，即s，可控制2个简并模的位置.利用该结构设计出的双模带通滤波器尺寸较大，不利于系统的小型化.

本研究在传统贴片双模谐振器的基础上进行了一些改进，提出了一种非对称开槽贴片结构的双模谐振器，其结构如图2所示.

图2 改进的双模谐振器

与传统的贴片双模谐振器相比，改进型的贴片双模谐振器上开有螺旋形的槽.这种非对称开槽贴片结构的双模谐振器无需采用传统切角的方式就可实现双模谐振的特性，通过调节槽线s1、s2的长度，可以控制2个模的位置.此外，该谐振器可以大大减小双模带通滤波器的尺寸.

1.2 双模带通滤波器结构

本研究提出的小型化的微带双模带通滤波器，其结构如图3所示.该双模带通滤波器采用微带线结构，上层电路为双模谐振器，下层电路采用共面波导的馈电方式.

图3 基于非对称开槽贴片谐振器的双模带通滤波器示意图

2 仿真结果分析

为了与传统的贴片型双模带通滤波器进行尺寸比较，本研究采用ADS仿真软件对传统的贴片型双模带通滤波器及基于非对称开槽贴片谐振器的双模带通滤波器均进行了仿真计算.仿真计算中，介质的介电常数为 3.66，厚度为0.508 mm.

对传统贴片双模带通滤波器计算时，其具体尺寸如下:l=14 mm，s=3 mm.其频率响应特性曲线如图4所示.

图4 传统贴片开槽双模带通滤波器仿真结果

从图4可以看出，该滤波器的中心频率在5.6 GHz，通带内回波系数在-15 dB以下，具有良好的通带特性，该滤波器整体尺寸为 0.5 λg×0.5 λg.

对基于非对称开槽贴片谐振器的双模带通滤波器进行仿真计算时，具体尺寸如下:l=14 mm，s1=2.9 mm，s2=3 mm，s3=1.5 mm，s4=4.2 mm，s5=5.9 mm，s6=5 mm，s7=1.8 mm，s8=2.6 mm.其频率响应特性曲线如图5所示.

图5 基于非对称开槽的双模带通滤波器仿真结果

从图5可以看出，在保持正方形贴片谐振器的尺寸l均为14 mm的情况下，本滤波器的中心频率发生了变化，由原来的5.6 GHz降到了2.18 GHz，通带内回波系数在-10 dB以下，具有良好的通带特性，滤波器整体尺寸为 0.2 λg×0.2 λg.相比于传统的贴片双模带通滤波器而言，本滤波器整体尺寸减小了约60%.

3 结论

本研究采用非对称开槽贴片谐振器研究设计了一种结构紧凑的双模带通滤波器.仿真结果表明，该滤波器不仅具有良好的通带特性，还具有较小的尺寸.与传统贴片双模带通滤波器相比，本研究设计的滤波器整体尺寸能减小约60%.

［1］Li L，Li Z F.Application of inductive source-load coupling in microstrip dual-mode filter design［J］.Electronics Letters，2010，46(2):141-142.

［2］Li R Q，Tang X H，Xiao F.Substrate integrated waveguide dual-mode filter using sloy lines perturbation［J］.Electronics Letters，2010，46(12):845-846.

［3］Baik J W，Zhu L，Kim Y S.Dual-mode dual-band bandpass filter using balun structure for single substrate configuration［J］.IEEE Microwave and Wireless Components Letters，2010，20(11):613-615.

［4］Wolff I.Microstrip bandpass filter using degenerate modes of a microstrip ring resonator［J］.Electronics Letters，1972，8(12):302-303.

［5］Hong J S，Lancaster M J.Bandpass characteristics of new dual-mode microstrip square loop resonators［J］.Electronics Letters，1995，31(11):891-892.

［6］Hong J S，Lancaster M J.Microstrip bandpass filter using degenerate modes of a novel meander loop resonator［J］.IEEE Microwave and Guided Wave Letters，1995，5(11):371-372.

［7］Zhu L，Wecowski P M，Wu K.New planar dual-mode filter using cross-slotted patch resonator for simultaneous size and loss reduction［J］.IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques，1999，47(5):650-654.

［8］Görür A.Description of coupling between degenerate modes of a dual-mode microstrip loop resonator using a novel perturbation arrangement and its dual-mode bandpass filter applications［J］.IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques，2004，52(2):671-677.

［9］Hong J S，Shaman H，Chun Y H.Dual-mode microstrip openloop resonators and filters［J］.IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques，2007，55(8):1764-1770.

Research on Compact Microstrip Dual-mode Bandpass Filter

GAO Shanshan，XU Jiali
(School of Electronic and Information Engineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

In this paper，a novel asymmetric slotted patch resonator is presented，which can be used to design a compact microstrip dual-mode bandpass filter.The proposed asymmetric slotted patch resonator can not only maintain the dual-mode resonant property，and also decrease the size of the circuit，which is good for realizing the compact size of dual-mode bandpass filter.The simulation is achieved by ADS.The simulated results show that the filter has good in-band performances，and the total size of the proposed filter is 0.2 λg×0.2 λg.The proposed filter has the compact size.

dual-mode;filter;bandpass;compact

TN713+.5

A

1004-5422(2015)01-0067-03

2015-01-09.

成都大学校科技发展基金(2013XJZ04)、四川省教育厅自然科学基金(12ZB171)资助项目.

高山山(1982—)，女，博士，讲师，从事微波元器件理论与设计研究.