一种通带内具有单阻带特性的超宽带滤波器研究

高山山, 乔惠民

(成都大学 信息科学与工程学院， 四川 成都 610106)

一种通带内具有单阻带特性的超宽带滤波器研究

高山山, 乔惠民

(成都大学 信息科学与工程学院， 四川 成都 610106)

基于非对称耦合馈线结构，设计了一种通带内具有单阻带特性的超宽带滤波器.通过调节非对称耦合馈线结构的物理尺寸，能够控制超宽带通带内阻带频率的位置，从而有效减少其他频段的干扰.利用ADS仿真软件对研究设计的超宽带滤波器进行仿真计算，仿真结果表明该滤波器不仅具有良好的通带效果，还具有阻带位置灵活可调的优良特性.

超宽带；滤波器；微带；阻带

0 引 言

目前，超宽带技术以其高速率、高容量、低功耗及安全性强等特点，在雷达、跟踪、精确定位和成像等众多领域具有广阔的应用前景[1].滤波器作为超宽带无线通信系统的核心器件之一，其性能的好坏对超宽带无线通信系统的整体工作性能有着至关重要的影响.随着超宽带无线通信技术的快速发展，尤其是在超宽带所定义的通频带范围内存在其他无线信号干扰的情况下，对超宽带滤波器提出了更高要求[2-5]，迫切需要通带内具有阻带特性的超宽带滤波器，这也成为当前超宽带滤波器研究的热点和难点之一[6-20].实际上，通带内具有阻带特性的超宽带滤波器研究的主要难点是如何灵活控制阻带频率的位置，同时，阻带产生时如何保持上下通带内有良好的通带特性.针对这一难题，本研究以非对称耦合馈线及改进型的阶跃阻抗谐振器为基础，设计出了一种通带内具有单阻带特性的超宽带滤波器，通过调节非对称耦合馈线结构的物理尺寸，可以灵活控制阻带频率的位置，有效抑制其他无线信号的干扰.仿真实验表明，该超宽带滤波器结构紧凑，具有良好的通带特性.

1 具有单阻带特性的超宽带滤波器

传统的对称耦合馈线结构如图1(a)所示.本研究在其基础上做了改进，采用了一种非对称耦合馈线的结构如图1(b)所示.

图1 对称耦合馈线结构与非对称耦合馈线结构

从图1(b)可以看出，该耦合馈线采用了非对称的形式.

本研究利用非对称耦合馈线与改进型的阶跃阻抗谐振器共同作用，设计了一种通带内具有单阻带特性的超宽带滤波器，其结构如图2所示.

图2 通带内具有单阻带特性的超宽带滤波器

若采用传统的对称耦合馈线与改进型阶跃阻抗谐振器共同作用时，可实现超宽带的通带带宽.利用ADS仿真软件对该结构进行仿真计算，仿真计算结果如图3所示.

从图3可以看出，通过调节对称耦合馈线及改进型阶跃阻抗谐振器的物理尺寸，可以控制通带的位置以及带宽的范围.

由于在超宽带的通带范围内存在其他无线信号的干扰，因此，需要在超宽带的通带内设置相应的阻带，从而有效抑制其他频段信号的干扰.针对这一问题，本研究采用了非对称的耦合馈线结构.通过调节非对称耦合馈线的物理尺寸，可以灵活控制通带内阻带的位置，从而达到抑制其他信号干扰的目的.为了进一步说明这一问题，本研究分析了超宽带通带内的阻带位置随非对称耦合馈线物理尺寸的变化情况，其仿真计算得到的结果如图4所示.

图3 超宽带带通滤波器的频率响应特性曲线

图4 阻带频率随l1的变化曲线

从图4可以看出，当非对称耦合馈线结构中l1的长度从0.7 mm变化到1.6 mm时，通带内阻带频率的位置从5.6 GHz变化到了5.4 GHz.由此可见，随着非对称耦合馈线中l1长度的增加，通带内阻带的位置向低频方向移动，即可通过调节l1的大小来控制通带内阻带频率的位置.

此外，非对称耦合线的 宽度w3同样可以影响阻带频率的位置，阻带频率位置随w3的变化曲线如图5所示.

图5 阻带频率随w3的变化曲线

从图5可以看出，当非对称耦合线的宽带增加时，阻带频率的位置开始向低频方向移动，且移动幅度不大.由此可见，可以通过调节非对称耦合馈线的宽度w3的大小来对阻带频率的位置进行微调，从而满足一些对阻带频率要求较高的超宽带无线通信系统的要求.

综上所述，通过适当调节非对称耦合馈线的物理尺寸，可以灵活控制通带内阻带频率的位置.

2 仿真结果分析

本研究采用ADS仿真软件对所设计的通带内具有单阻带特性的超宽带滤波器进行了仿真计算.仿真计算中，介质的介电常数为9.6，厚度为0.8 mm.仿真计算得到的结果如图6所示.

图6 基于非对称耦合馈线结构的超宽带滤波器仿真结果

由图6可知，该滤波器在5.75 GHz存在一个阻带.此外，滤波器的上通带和下通带都具有良好的通带特性.

3 结 论

本研究利用非对称耦合馈线设计了一种通带内具有单阻带特性的超宽带滤波器.电磁仿真结果表明，该滤波器不仅具有良好的通带特性，同时，通带内阻带位置灵活可调，能够满足超宽带无线通信系统的要求.

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Research on Ultra-wideband Filter with Single Stop Band Characteristics in Passband

GAOShanshan，QIAOHuimin

(School of Information Science and Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China)

In this paper,an ultra-wideband(UWB) filter with single stop band characteristics in a passband is proposed based on asymmetric coupled lines.By properly adjusting the physical dimensions of the asymmetric coupled lines,a stop band frequency in the passband of the ultra-wideband can be controlled to effectively reduce the interference of other frequency bands.The simulating calculation is done on the ultra wide-band filter designed by using ADS.The simulation results show that the proposed filter exhibits good in-band performances.In addition,the location of the stop band can be easily adjusted because of its flexible position.

UWB;filter;microstrip;notch band

1004-5422(2017)01-0059-03

2017-01-08.

四川省教育厅自然科学基金(15ZB0387)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.

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