一种新型可调双阻带滤波器设计

马战刚 余小辉 于英信

（中国电子科技集团公司第十三研究所 河北省石家庄市 050000）

随着通信技术和各种无线系统的迅猛发展，微波收发机输出功率越来越大，对发射输出端末级滤波器的插入损耗、耐受功率、阻带抑制度、小型化等性能提出了更高的要求[1-4]。

目前微波系统中常用的滤波器均难以满足以上要求，其特点如下：腔体滤波器、介质滤波器耐受功率大、驻波小、带外抑制度高，但体积较大，不能兼容微组装工艺，使用范围受限；MEMS 滤波器体积小，但插入损耗大，并且耐受功率难以达到W 级；声表、FBAR 滤波器体积小，但插入损耗大、驻波差、适用频率较低。本设计中的双阻带滤波器可同时兼具以上各滤波器优点，满足使用要求。

1 滤波器的理论分析与设计

1.1 阻带设计

根据微带线理论，微波带阻滤波器和带通滤波器一样，是基于微波谐振器的谐振特性[5]进行开发设计的。图1 为中心开路枝节加载谐振器示意图，通过在一段传输带线上并联一段开路短截线构成。

图1：开路短截线等效电路

开路短截线输入阻抗值为：

式中：Z1为开路短截线的特性阻抗；θ1为开路短截线的电长度。

Zin=0 时，开路短截线对传输信号表现为抑制，产生传输零点[6]，可以得出：

由上可得，滤波器设计时可先在微带传输线上加载开路短截线，当短截线电长度达到1/4 波长时，即可在对应频率位置产生传输零点。通过调整短截线的长度即可自由调整传输零点位置，达到对所需频率进行抑制的目的。通过仿真软件对图1 中短截线的频率抑制特性进行仿真，结果如图2 所示。

图2：传输零点仿真结果

由图2 可知，单级开路短截线所产生的阻带频率带宽较窄，阻带抑制度也较低。增加开路短截线数量，调整短截线长度使传输零点落在相近位置，可扩宽阻带带宽，提高阻带抑制度。多级开路短截线滤波器仿真模型和仿真结果见图3(a)、图3(b)。

图3

1.2 双阻带滤波器设计

使用相同的方法，可在其它频率位置产生阻带，实现双阻带滤波器的设计。通过进行优化仿真，可得双阻带滤波器的最终模型，仿真模型和仿真结果见图4(a)、图4(b)。

图4

由图4 可知，滤波器通带为8～10GHz，并且分别在中心频率18GHz 和27GHz 处产生了阻带，抑制度分别为60dBc 和50dBc。

1.3 加工测试结果

设计中采用了RT6002 电路板，相对介电常数2.94，板厚0.254mm。滤波器实际尺寸为7mm*4mm，加工实物如图5 所示。另外设计了测试工装，以便于对滤波器进行指标测试。

图5：双阻带滤波器实物图

使用矢量网络分析仪对滤波器指标进行测试，图6(a)、图6(b)分别为滤波器S 参数与群时延测试结果。

图6

从图6 中可以看出滤波器通带频率为8～10GHz，带内插损小于0.2dB（滤波器测试损耗值0.26dB，输入输出连接器损耗0.1dB）；回波损耗为15dB；通带内群迟延0.1～0.2ns；双阻带抑制度分别为59dBc@17.5～18.5GHz、43dBc@26.5～27.5GHz，可有效对两段阻带频率进行抑制。将20W（43dBm）大功率信号加至滤波器输入端，输出功率为42.7dBm，滤波器大功率下插入损耗与小信号时测试结果一致。

3 结论

本文通过在微带传输线上加载开路短截线的方式设计了一款具有超低插入损耗、高阻带抑制、大耐受功率的双阻带滤波器。滤波器通带覆盖8GHz～10GHz，阻带范围可通过改变开路短截线长度进行自由调整。

经测试，该滤波器在20W 输入功率时插入损耗0.2dB，双阻带抑制分别为59dB、43dB。此外，滤波器成本低、结构紧凑，可在大部分微波收发机及相关工程中应用。