【正文】 及需求的不斷增加，雙頻便攜式電話和無(wú)線局域網(wǎng)被廣泛應(yīng)用，雙頻段濾波器也就成為這些通信系統(tǒng)前端的重要器件。本論文所研究的利用階梯阻抗諧振器實(shí)現(xiàn)雙頻濾波的方法，與傳統(tǒng)的濾波器組合、零極點(diǎn)綜合等方法相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)勢(shì)，由此設(shè)計(jì)的雙頻濾波器其第二通帶的頻點(diǎn)位置可通過(guò)阻抗比 Rz及諧振器的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上采用半波長(zhǎng) SIR諧振器設(shè)計(jì)了應(yīng)用于 WLAN(無(wú)線局域網(wǎng) )系統(tǒng)的帶寬可控的雙頻段帶通濾波器。近年來(lái)，相比與其它領(lǐng)域，移動(dòng)通訊技術(shù)得到了飛速發(fā)展，不但增大了射頻濾波器的需求，同時(shí)也對(duì)其提出了更高的要求 —— 高性能、小型化、輕型化、低成本。 現(xiàn)代信息社會(huì)中不斷膨脹的巨大信息量要求通信技術(shù)向著高速、寬帶、大容量方向發(fā)展，這就意味著信息的傳播媒體一電磁波的使用頻率不斷向更高的頻段方向拓展。隨著無(wú)線通信的迅猛發(fā)展，單頻段通信系統(tǒng)越來(lái)越顯示出它的局限性，促進(jìn)雙頻段及多頻段通信系統(tǒng)相關(guān)方面的研究 [3]。濾波器作為現(xiàn)代通信設(shè)備中不可缺少 的關(guān)鍵器件之一，它能有效地濾除各種無(wú)用信號(hào)及噪聲信號(hào)，降低各通信頻道間的信號(hào)干擾，從而保障通信設(shè)備的正常工作，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的通信，進(jìn)而達(dá)到頻譜資源的有效利用 [46]。因此，對(duì)雙頻帶濾波器的研究具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。這種濾波器是用一個(gè)雙頻段單元來(lái)處理兩個(gè)波段的信號(hào)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)雙頻通信系統(tǒng)， 每一個(gè)通信系統(tǒng)都有其獨(dú)立的天線，濾波器，低噪聲放大器等元器件，因此體積大，功耗大。 4 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 本世紀(jì)以來(lái)，在歐、美、日等國(guó)，對(duì)于雙頻段濾波器等器件的研究與設(shè)計(jì)一直受到極大的重視，迄今已開發(fā)了多種形式的雙頻段濾波器。國(guó)內(nèi)對(duì)于雙頻段通信系統(tǒng)研究和應(yīng)用也一直非常重視，但對(duì)雙頻段濾波器設(shè)計(jì)理論研究，特別是在 應(yīng)用研究與開發(fā)上，國(guó)內(nèi)還處在起步階段，與歐美同等國(guó)相比仍有一定差距。將兩個(gè)中心頻率不同的帶通濾波器并聯(lián)，但由于兩個(gè)帶通濾波器共有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，為了得到單端口輸入和單端口輸出，需將兩濾波器的輸入和輸出端口分別相連接，由此引起的阻抗失配問題須外加匹配電路得以解決，這將會(huì)增大濾波器的體積和附加損耗； 2．零點(diǎn)和極點(diǎn)綜合。此方法較適用于兩個(gè)通帶頻率相差較大的場(chǎng)合。 2020年， 通濾波器 [3]， 2020年， SIR雙頻段帶通濾波器，諧振器之間水平方向距離和垂直方向距離的變化用來(lái)改變諧振器在兩個(gè)頻段的耦合大小，從而達(dá)到控制雙頻帶通濾波器帶寬的目的。然而具有這樣理想特性的濾波器是不存在的，濾波器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：在盡可能允許的范圍內(nèi)近似的達(dá)到理想濾波器的要求，它對(duì)所有要求的通帶頻率范圍內(nèi)的信號(hào)提供盡可能的傳輸，而對(duì)通帶外的頻率信號(hào)盡可能的抑制 [9]。與低頻段濾波器相比較，微波濾波器的主要特點(diǎn)之一就是其物理尺寸可與波長(zhǎng)相比擬，因而當(dāng)其波長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí)，它必然會(huì)表現(xiàn)出周期特性，即濾波器除基 頻響應(yīng)外，還有周期性的雜散響應(yīng)。近幾年來(lái)隨著微波集成電路的迅速發(fā)展，電子電路的構(gòu)成完全改變了，電子設(shè)備已日趨小型化，有源濾波器和陶瓷濾波器將逐步取代原來(lái)在低頻部分必不可少的 LC型濾波器 ,同時(shí)在高頻部分也出現(xiàn)了許多新型的濾波器，如微帶濾波器、介質(zhì)濾波器和腔體濾波器等等。 微波濾波器的基本理論 集總元件構(gòu)成的低通原型濾波器是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計(jì)微波濾波器的基礎(chǔ)，各種低通、高通、帶通、帶阻類型的微波濾波器，其傳輸特性基本都是根據(jù)此原型特性推導(dǎo)出來(lái)的，正因如此才使微波濾波器的設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化，精度得以提高 [10]。圖中縱坐標(biāo)表示衰減，橫坐標(biāo)為角頻率。=0～ ω1180。ω1180。以 ω1180。然而實(shí)現(xiàn)這種理想頻率響應(yīng)濾波器需要無(wú)數(shù)多個(gè)元件，這在實(shí)際中是不可能辦到的。在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中是采用特性函數(shù)來(lái)逼近它，所選函數(shù)的不同，會(huì)有不同的頻率響應(yīng) [1]。 圖 (a)所示的響應(yīng)通帶內(nèi)頂部最平坦，故稱為 “ 最平坦響應(yīng) ” ，通常也叫做 “ 巴特沃思 (Butterworth)響應(yīng) ” ，圖 (b)所示的響應(yīng)通帶和衰減均有規(guī)律性的起伏，且幅度相等，稱為 “ 等波紋響應(yīng) ” ，也常叫做 “ 切比雪夫 (Chebyshev)響 應(yīng)” [1]。是通帶邊緣上衰減為 LAr 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率值，稱之為 “ 帶邊頻率 ” 或 “ 截止頻率 ” ，即認(rèn)為 0～ ω1180。 以上為阻帶， LAs 是阻帶內(nèi)指定頻率點(diǎn) ω1180。 LAr、 LAs 都是在設(shè)計(jì)濾波器前要預(yù)先給定的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù) [1]。諧振器間的耦合特性可使用高頻電磁場(chǎng)仿真軟件 (HFSS)得到，通過(guò)采用弱耦合到兩個(gè)相互耦合的諧振器，在諧振器諧振點(diǎn)附件將出現(xiàn)兩個(gè)諧振峰，這兩個(gè)諧振頻率峰是由諧振器的原始諧振峰分離而成的。因此諧振器間的耦合會(huì)使諧振器特性中出現(xiàn)四個(gè)諧振峰，峰值點(diǎn)分 別為 f1 f1 f2 f22，其中 f11和 f12在諧振器的基頻附近，它們是由諧振器的基頻 f1分離得到； f21和 f22在諧振器的第一雜 散頻率附近，它們是由諧振器的第一雜散頻率 f2分離得到 [11]。 利用仿真軟件求出相鄰諧振器對(duì)應(yīng)的耦合系數(shù)，然后采用曲線擬合的方式求出耦合間距的大小，通過(guò) HFSS仿真軟件，提取得到諧振器間的耦合系數(shù)。 微波濾波器的基本設(shè)計(jì)參數(shù) (1)中心頻率、截止頻率、歸一化頻率：對(duì)于低通濾波電路和高通濾波電路， ωc表示截止頻率；對(duì)于帶通濾波電路和帶阻電路， ωc表示中心頻率，歸一化的頻率 Ω 是一個(gè)量綱的量， c???? (25) 7 對(duì)于低通濾波電路和高通濾波電路，歸一化截止頻率為 1；對(duì)于帶通或者帶阻濾波電路，歸一化中心頻率為 1。 (2)插入損耗：在理想情況下，處于射頻電路中的理想濾波器，在其工作的通帶內(nèi)不會(huì)引入任何的損耗。插入損耗定量地描述了功率響應(yīng)幅度與 0dB基準(zhǔn)的差值，其數(shù)學(xué)表達(dá)為： ? ?21010 1l og10l og10 inLinPPIL ????? （ 26） 其中， Pin是濾波器從信號(hào)源得到的輸入功率， PL是濾波器向負(fù)載輸出的功率， in? 是從信號(hào)源向?yàn)V波器看進(jìn)去的反射系數(shù)。 (4)頻帶帶寬：對(duì)于帶通濾波器，定義為濾波電路的通帶內(nèi)達(dá)到 10dB衰減對(duì)應(yīng)的高端截止頻率和低端截止頻率的差值。理想濾波器的矩形系數(shù) 1?SF ，在實(shí)際應(yīng)用中，這種濾波器是不可能實(shí)現(xiàn)的，因而要求矩形系數(shù)越接近于 1 越好。但在實(shí)際的應(yīng)用中，我們只能得到與濾波器元件數(shù)目相關(guān)的有限的衰減量。 (7)品質(zhì)因數(shù)：定義為在諧振頻率下，平均儲(chǔ)能和一個(gè)周期內(nèi)的平均消耗能量之比。功率損耗通常被定義為是外接負(fù)載上的和濾 波器本身的功率損耗之和，有載品質(zhì)因數(shù) QLD即以此來(lái)定義，表示為： EFLD Q111 ?? (211) 式中， QF濾波器的固有品質(zhì)因數(shù)， QE為濾 波器的外界品質(zhì)因數(shù)。 SIR常用的有三種基本結(jié)構(gòu)，它們分別對(duì)應(yīng)的是 λg/4型 、 λg/2型 和 λg型 SIR。其基本結(jié)構(gòu)如圖所示。 開路面 173。173。173。173。173。表征SIR的 電學(xué)參數(shù)的是兩段傳輸線 阻抗 Z2 和 Zl 的 比值，定義如下：阻抗比 12 /ZZRZ ? 。這是由于 λg/2型 SIR是由帶狀線和微帶線結(jié)構(gòu)組成，允許有更廣的集合結(jié)構(gòu)形式，且和有源器件有很好的兼容性。結(jié)構(gòu) (a)、 (b)、 (c)雖然在幾何形狀上分別為 線狀、 U型(發(fā)夾 )和環(huán)狀，但從電拓?fù)溆^點(diǎn)看，它們是等效的。圖 (e)是圖 (d）的 改進(jìn)結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步微型化，間距因素被明顯地?cái)U(kuò)大了。 以 λg/2型 SIR諧振器為研究對(duì)象，由開路端看進(jìn)去的輸 入導(dǎo)納 Yin，根據(jù)文獻(xiàn) [11]，可以表示為： 212221221212in t a nt a n)1(2)t a n1)(t a n1( )t a nt a n)(t a nt a n(2j ???? ????zzzz RR RRYY ???? ??? (31) 取 0in?Y 得諧振條件為： 2112z ta nta n ???? ZZR (32) 從式 (31)，我們能理解 SIR的諧振條件取決于 θ θ2和 阻抗比 RZ。因此 SIR比 UIR多了一個(gè) 設(shè)計(jì)的自由度。但最 大 SIR長(zhǎng)度被限定于對(duì)應(yīng) UIR長(zhǎng)度的 兩倍。設(shè)基本諧振頻率和雜散諧振頻率分別為 f0、 fs fs fs3，相 應(yīng)的 θ分別為 θ0、 θs θs θs3。 圖 各雜散頻率與基本諧振頻率昀比值隨阻抗比 zR 的變化曲線，由曲線可知： 圖 阻抗比與歸一化雜散頻率的關(guān)系 2ff12ff12ff10s1z0s1z0s1z??????時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)RRR