基于SIR的双频带通滤波器的设计与仿真毕业论文设计(24页).doc

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1、-基于SIR的双频带通滤波器的设计与仿真毕业论文设计-第 19 页基于SIR的双频带通滤波器的设计与仿真摘要 随着无线通信的迅猛发展及需求的不断增加，双频便携式电话和无线局域网被广泛应用，双频段滤波器也就成为这些通信系统前端的重要器件。本论文所研究的利用阶梯阻抗谐振器实现双频滤波的方法，与传统的滤波器组合、零极点综合等方法相比，具有结构紧凑、设计灵活等优势，由此设计的双频滤波器其第二通带的频点位置可通过阻抗比Rz及谐振器的长度进行调节。文中介绍并分析了阶梯阻抗谐振器(SteppedImpedanceResonators，SIR)的结构和特性，着重阐述了半波长阶梯阻抗谐振器的基本特性，并分析了这

2、种结构谐振器的优越性及其实现双频的原理。在此基础上采用半波长SIR谐振器设计了应用于WLAN(无线局域网IEEE.802.1la/b/g)系统的带宽可控的双频段带通滤波器。关键词 双频带通滤波器，阶梯阻抗谐振器，阻抗比Design of Dual-Band Bandpass Filter Using SIRAbstract With the high development and the need of wireless communications, and the dual-band portable telephones and WLAN (wireless local area ne

3、twork) are quite popular, and the dual-band filters become the key components in the front of these communications systems. Using the method of Stepped-Impedance-Resonator to realize dual-passband filters is researched in this dissertation, comparing to the traditional methods that combination filte

4、rs, he synthesis of zeros and poles and so on, they have advantages of compact structure and convenient design, and the second resonant frequency of the designed dual-band filter can be controlled by the impedance ratio Rz and the length of the resonator. The structure and characteristic of Stepped-

5、Impedance-Resonators are presented in this paper, with an emphasis on the half-wavelength Stepped-Impedance-Resonators, the advantages of the SIR and the principle to realize dual-band are researched too. And four dual-passband filters with controllable bandwidths ale proposed for WLAN (IEEE.802.1la

6、/b/g) using half-wavelength resonators. Key words Dual-band filter, SIR, impedance ratio毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期

7、： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识

8、到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中

9、及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体

10、现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中

11、及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中

12、及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日目 录摘要1目录2第一章 绪 论31.1双频带通滤波器的研究背景31.2国内外的研究现状4第二章 微波滤波器的基本理论42.1概述42.2微波滤波器的基本理论52.3耦合谐振带通滤波器的理论62.4微波滤波器的基本设计参数6第三章 阶梯阻抗谐振器(SIR)83.1 SIR的基本结构83.2 型SIR的基

13、本结构和特性93.3 型SIR的电长度113.4 型SIR实现双频的原理12第四章 基于SIR的双频带通滤波器的设计与仿真134.1引言134.2 SIR双频带通滤波器的设计与仿真144.3 变形后的SIR双频带通滤波器的设计与仿真164.4 两种设计的比较与总结17第五章 总结和展望175.1总结175.2 展望18致 谢19参考文献20第一章 绪论1.1 双频带通滤波器的研究背景滤波器在每个领域的应用都有不同的要求，高选择性、宽带波导滤波器，同轴谐振器和悬置多工器，以及电子可调滤波器满足了军事应用对器件的宽带、可调性要求，卫星通讯工业要求滤波器规模小、低损耗、带宽窄，且在幅度选择性和相位线

14、性度上有非常严格的要求，多模波导介质谐振器滤波器就是在这样的需求下发展起来的；移动通讯基站设备需要小型化、低损耗、高功率传输的有选择性滤波器，而且成本低，达到规模化生产的要求，同轴谐振器，介质谐振器，超导滤波器以及诸如降低损耗的方法就是伴随着这一需要而产生的；与移动通讯基站相比，移动通讯手持设备需要尺寸更小、成本更低、损耗低、高选择性和能够大规模生产的滤波器，从而驱动了表面声波滤波器和微机电系统滤波器的发展。近年来，相比与其它领域，移动通讯技术得到了飞速发展，不但增大了射频滤波器的需求，同时也对其提出了更高的要求高性能、小型化、轻型化、低成本。新近涌现的新技术和新材料推动了射频滤波器的快速发展

15、，这些新技术和新材料包括：高温超导技术、低温共烧技术、微波单片集成电路、微机电系统技术和显微机械技术12。现代信息社会中不断膨胀的巨大信息量要求通信技术向着高速、宽带、大容量方向发展，这就意味着信息的传播媒体一电磁波的使用频率不断向更高的频段方向拓展。同时单频段通信系统已显得陈旧，不能很好地满足无线通信的需求。随着无线通信的迅猛发展，单频段通信系统越来越显示出它的局限性，促进双频段及多频段通信系统相关方面的研究3。为了充分利用现有的频谱和基础设备资源，在通信系统中设置能同时工作的多个通信频段，有效途径之一就是研究和开发高性能的双频段微波滤波器。滤波器作为现代通信设备中不可缺少的关键器件之一，它

16、能有效地滤除各种无用信号及噪声信号，降低各通信频道间的信号干扰，从而保障通信设备的正常工作，实现高质量的通信，进而达到频谱资源的有效利用4-6。现代通信的快速发展需要有效利用越来越多的频率信道，为了减小通信电路设备体积和重量，双频段器件的研究越来越引起重视。因此，对双频带滤波器的研究具有重要的意义和实用价值。双频段微波滤波器，可以同时工作在无线通信两个不同频段。这种滤波器是用一个双频段单元来处理两个波段的信号。这种设计概念提供了容易实现的基础设施和高性能的产品。传统设计双频通信系统，每一个通信系统都有其独立的天线，滤波器，低噪声放大器等元器件，因此体积大，功耗大。因此通信设备中双频段滤波器已经

17、成为微波频段的无线通信设备中的重要元件3。1.2 国内外的研究现状 本世纪以来，在欧、美、日等国，对于双频段滤波器等器件的研究与设计一直受到极大的重视，迄今已开发了多种形式的双频段滤波器。特别是从近几年开始，采用了微波双频段滤波器的双频通信系统前端已经研制成功，微波双频滤波器件已逐步进入实用化阶段。国内对于双频段通信系统研究和应用也一直非常重视，但对双频段滤波器设计理论研究，特别是在应用研究与开发上，国内还处在起步阶段，与欧美同等国相比仍有一定差距。无线通信中双频段滤波器的常用设计方法主要有：1滤波器组合。将两个中心频率不同的带通滤波器并联，但由于两个带通滤波器共有两个输入端口和两个输出端口，

18、为了得到单端口输入和单端口输出，需将两滤波器的输入和输出端口分别相连接，由此引起的阻抗失配问题须外加匹配电路得以解决，这将会增大滤波器的体积和附加损耗；2零点和极点综合。此方法通常适用于两个通带频率相差较小的场合；3利用耦合谐振滤波器的寄生通带。此方法较适用于两个通带频率相差较大的场合。阶梯阻抗双频段滤波器即利用耦合谐振滤波器的寄生通带来实现双频滤波器，其在双频段滤波器设计中的应用一直就受到重视78。2003年，A.A.A.Anak等人利用发夹型耦合结构设计双频段带通滤波器3，2004年，T.J.Tuo等人提出垂直堆栈形式的SIR双频段带通滤波器，谐振器之间水平方向距离和垂直方向距离的变化用来

19、改变谐振器在两个频段的耦合大小，从而达到控制双频带通滤波器带宽的目的。第二章 微波滤波器的基本理论2.1 概述微波滤波器是微波工程应用中重要的器件之一，理想的微波滤波器应该是这样的一种二端口网络,在通带范围内能够使微波信号完全的传输，而在阻带范围微波信号则完全被截止。然而具有这样理想特性的滤波器是不存在的，滤波器的设计目标是：在尽可能允许的范围内近似的达到理想滤波器的要求，它对所有要求的通带频率范围内的信号提供尽可能的传输，而对通带外的频率信号尽可能的抑制9。在低频时，滤波器的“组成元件”是理想的电感器和电容器，这些元件具有很简单的频率特性。与低频段滤波器相比较，微波滤波器的主要特点之一就是其

20、物理尺寸可与波长相比拟，因而当其波长发生变化时，它必然会表现出周期特性，即滤波器除基频响应外，还有周期性的杂散响应。在微波频段下，必需采用分布参数来设计微波滤波器，它比低频时要复杂的多。近几年来随着微波集成电路的迅速发展，电子电路的构成完全改变了，电子设备已日趋小型化，有源滤波器和陶瓷滤波器将逐步取代原来在低频部分必不可少的LC型滤波器,同时在高频部分也出现了许多新型的滤波器，如微带滤波器、介质滤波器和腔体滤波器等等。 滤波器的特性用其频率响应来描述，我们按其特性的不同，可分为低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BEF)和全通滤波器(APF)。2.2

21、微波滤波器的基本理论 集总元件构成的低通原型滤波器是现代网络综合法设计微波滤波器的基础，各种低通、高通、带通、带阻类型的微波滤波器，其传输特性基本都是根据此原型特性推导出来的，正因如此才使微波滤波器的设计得以简化，精度得以提高10。低通滤波器的理想化衰减频率特性如图2.1所示。图中纵坐标表示衰减，横坐标为角频率。从图2.1中我们可以看到，在=01 范围内滤波器的衰减为零，称之为“通带”，在1后滤波器的衰减为无限大，故称之为“阻带”。以1称为“截止频率”或“带边频率”。然而实现这种理想频率响应滤波器需要无数多个元件，这在实际中是不可能办到的。因此，如此理想特性的滤波器是不能够实现的。在具体的实现

22、过程中是采用特性函数来逼近它，所选函数的不同，会有不同的频率响应1。图2.1 低通原型滤波器衰减频率特性（a） Butterworth响应 （b）Chebyshev响应图2.2 常见滤波器的响应 两种最常见滤波器的响应如图2.2所示。图2.2(a)所示的响应通带内顶部最平坦，故称为“最平坦响应”，通常也叫做“巴特沃思(Butterworth)响应”，图2.2(b)所示的响应通带和衰减均有规律性的起伏，且幅度相等，称为“等波纹响应”，也常叫做“切比雪夫(Chebyshev)响应”1。 在图2.2中，LAr是“通带内的最大衰减”值；1是通带边缘上衰减为LAr时对应的频率值，称之为“带边频率”或“截

23、止频率”，即认为01 为通带，1 以上为阻带，LAs是阻带内指定频率点1处的衰减值，它是阻带内的最小衰减值。LAr、LAs都是在设计滤波器前要预先给定的设计指标参数1。2.3 耦合谐振带通滤波器的理论 当两个谐振器靠近时，它们之间便会有电磁场耦合。谐振器间的耦合特性可使用高频电磁场仿真软件(HFSS)得到，通过采用弱耦合到两个相互耦合的谐振器，在谐振器谐振点附件将出现两个谐振峰，这两个谐振频率峰是由谐振器的原始谐振峰分离而成的。而对于双频段谐振器，需要同时考虑谐振器的基频和第一杂散频率。因此谐振器间的耦合会使谐振器特性中出现四个谐振峰，峰值点分别为f11、f12、f21、f22，其中f11和f

24、12在谐振器的基频附近，它们是由谐振器的基频f1分离得到；f21和f22在谐振器的第一杂散频率附近，它们是由谐振器的第一杂散频率f2分离得到11。当基频和第一杂散频率相同的两个谐振器之间耦合时，在第一频段和第二频段的耦合系数分别为12： (2-3) (2-4) 其中：“+ ”表示磁耦合，“-”表示电耦合。利用仿真软件求出相邻谐振器对应的耦合系数，然后采用曲线拟合的方式求出耦合间距的大小，通过HFSS仿真软件，提取得到谐振器间的耦合系数。对于相邻谐振器间的每一个间距s，都可以通过式(2-3)和(2-4)和仿真软件得到两谐振器的耦合系数值，改变谐振器间的耦合间距s，可得到两个谐振器间距离和耦合系数

25、的关系曲线，谐振器间的距离和耦合系数关系曲线可用来确定谐振器间的相对位置。2.4 微波滤波器的基本设计参数 (1)中心频率、截止频率、归一化频率：对于低通滤波电路和高通滤波电路，c表示截止频率；对于带通滤波电路和带阻电路，c表示中心频率，归一化的频率是一个量纲的量， (2-5) 对于低通滤波电路和高通滤波电路，归一化截止频率为1；对于带通或者带阻滤波电路，归一化中心频率为1。采用归一化频率可以简化对滤波器电路的设计过程。 (2)插入损耗：在理想情况下，处于射频电路中的理想滤波器，在其工作的通带内不会引入任何的损耗。然而，这在实际应用中，我们是没有办法消除滤波器固有损耗的。插入损耗定量地描述了功

26、率响应幅度与0dB基准的差值，其数学表达为： （2-6） 其中，Pin是滤波器从信号源得到的输入功率，PL是滤波器向负载输出的功率，是从信号源向滤波器看进去的反射系数。 (3)波纹系数：波纹系数表示在通带内信号响应的最大值和最小值的差值，单位通常为dB或奈培(Napier)。 (4)频带带宽：对于带通滤波器，定义为滤波电路的通带内达到10dB衰减对应的高端截止频率和低端截止频率的差值。可表示为： (2-7)其相对带宽FBW定义为10dB带宽与通带中心频率的比值，可表示为： (2-8) (5)矩形系数：定义为60dB带宽与3dB带宽的比值，它描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度。理想

27、滤波器的矩形系数，在实际应用中，这种滤波器是不可能实现的，因而要求矩形系数越接近于1越好。 （2-9） (6)阻带抑制：在理想情况下，希望滤波器在阻带频段内具有无穷大的衰减量。但在实际的应用中，我们只能得到与滤波器元件数目相关的有限的衰减量。所以需要定义阻带抑制参数，在实际情况中，为了使阻带抑制与矩形系数建立联系，定义阻带抑制为60dB。 (7)品质因数：定义为在谐振频率下，平均储能和一个周期内的平均消耗能量之比。滤波电路的品质因数Q可以用公式表示为: (2-10) 其中0为滤波器的谐振频率，Wstored为一个周期内的平均储能，Ploss为单位时间内的平均耗能。功率损耗通常被定义为是外接负载

28、上的和滤波器本身的功率损耗之和，有载品质因数QLD即以此来定义，表示为： (2-11)式中，QF滤波器的固有品质因数，QE为滤波器的外界品质因数。第三章 阶梯阻抗谐振器（SIR）3.1 SIR的基本结构SIR是由两个或两个以上具有不同特性阻抗的传输线组合而成的横向电磁场或准横向电磁场模式的谐振器。SIR常用的有三种基本结构，它们分别对应的是 g/4型、 g/2型和 g型SIR。这三种结构都包括了由开路端、短路端和它们之间的阶跃结合面，g/4型、 g/2型和 g型SIR能分别被看成是由1个、2个、4个基本单元组成13。其基本结构如图所示。 (a) g/4型 (b) g/2型 (c) g型-开路面

29、 短路面图3.1 SIR的基本结构图3.1中，在传输线开路端和短路端之间的特性阻抗和等效电长度分别为Z1、Z2和1、2。表征SIR的电学参数的是两段传输线阻抗Z2 和Zl 的比值，定义如下：阻抗比。3.2 g/2型SIR的基本结构和特性 本节将讨论 g/2型SIR的基本结构和特性，在实际的应用中 g/2型SIR比 g/4型SIR用于更多的射频器件。这是由于 g/2型SIR是由带状线和微带线结构组成，允许有更广的集合结构形式，且和有源器件有很好的兼容性。图3.2 g/2型SIR的一些结构变化（a）直线型 （b）发夹型 （c）环型（d）具有内部耦合的发夹型 （e）具有内部耦合的环型 图3.2是g/

30、2型SIR的几种典型的不同结构。结构(a)、(b)、(c)虽然在几何形状上分别为线状、U型(发夹)和环状，但从电拓扑观点看，它们是等效的。(d）中的谐振器具有和(b)相似的u型结构，但它具有内部耦合线，利用它们的开路端，使之微型化。图(e)是图(d）的改进结构，为进一步微型化，间距因素被明显地扩大了。该图显示出g/2型SIR的电路版图和耦合电路集成化有很大的灵活性13。以g/2型SIR谐振器为研究对象，由开路端看进去的输入导纳Yin，根据文献11，可以表示为： (3-1) 取得谐振条件为： (3-2)从式(3-1)，我们能理解SIR的谐振条件取决于1、2和阻抗比RZ。一般均匀阻抗谐振器(UIR

31、)的谐振条件唯一地取决于传输线的长度，而对SIR则同时要计入长度和阻抗比。因此SIR比UIR多了一个设计的自由度。图3.3 微带线g/2型SIR 基本结构 为了设计简单，设可通过采用较小的值来缩短SIR谐振器的电长度，即采用图3.3(a)所示的结构。但最大SIR长度被限定于对应UIR长度的两倍。在上述条件下，输入导纳和谐振条件可以分别写为： (3-3) (3-4) 对于g/2型SIR而言，杂散响应变得很关键14，这要求设计时考虑更高谐振模式的杂散响应。设基本谐振频率和杂散谐振频率分别为f0、fs1、fs2、fs3，相应的分别为0、s1、s2、s3。谐振时式(3-4)等于0，可以得到： （3-5

32、）由式(3-5)得到各杂散频率与基本频率之比分别为： （3-6）从(3-6)式可以看出，各杂散频率的位置由阻抗率Rz决定，通过调节阻抗比Rz可以很方便地控制各杂散频率的位置，这是SIR一个比较重要的特点。图3.4是各杂散频率与基本谐振频率昀比值随阻抗比的变化曲线，由曲线可知：图3.4 阻抗比与归一化杂散频率的关系 (3-7) 以上特点对利用SIR作为谐振器来设计超宽带滤波器非常重要，通过选择合适的阻抗比RZ的值，可以方便地将滤波器的工作频段调到我们所需要的频段。3.3 g/2型SIR谐振器的电长度 从图3.3可以得到，g/2型SIR总的电学长度： (3-8) 结合基本谐振条件式(3-2)可以得

33、到： （当RZ1时） (3-9) (当RZ=1时) (3-10) 将式(3-9)对T 进行求导得： (3-11) 因此总的电学长度取得极值的条件为： (3-12)g/2型SIR总的电长度如图3.5所示。从图中可以看出，当0RZ1时，总的电长度取得极大值。同时，RZ取得越小，总的电长度越小。综上所述，要使设计的滤波器能够满足小型化的要求，通常取较小的RZ。 图3.5 SIR总的电长度 3.4 g/2型SIR实现双频的原理 用g/2型阶梯阻抗谐振器实现的双频段带通滤波器，在其宽频带响应中，有多个杂散频率，并且杂散响应的频率位置可以通过阻抗比Rz进行调节，我们就想到可以用一次响应杂散频率来设计阶梯阻

34、抗双频滤波器。根据式（3-2），g/2型SIR的谐振条件为： (3-13) (3-14)式子（3-13）、（3-14）中f1和f2分别为谐振器的基频和第一杂散响应频率，SIR谐振器可采用等电长度（）或非等电长度（）两种形式，为了增加设计的灵活性，在本文的设计中，我们采用非等电长度，令，由式（3-13）、（3-14）可得： (3-15) (3-16) 由式(3-15)和(3-16)可知，u和Rz的值一旦确定，滤波器所对应的的频率f1和f2便可确定。在不同阻抗比Rz的条件下，SIR的第二个和第一个通带频率之比f2/f1和u值的关系曲线如图3.6(a)所示，谐振器总的电长度和u值的关系曲线如图3.6

35、(b)所示。图3.6 不同Rz下f2/f1及随u值的变化曲线 由图3.6(b)可知，在0Rzl时，l时，l80o，为减小滤波器的尺寸，在本文的所有设计中，我们都选用0Rzl。在双频滤波器的设计中，首先确定所要设计的两中心频率，得出两频率之比f2/f1，然后选取Rz的取值，从图3.6(a)中得出u的值，再由图3.6(b)得到的值，进而推出、的值，谐振器的电学参数得到初步的确定。第四章 基于SIR的双频带通滤波器的设计与仿真4.1 引言 对于微波带通滤波器，由于分布参数传输线频响特性的周期性，使得在离开中心频率的主通带一定频率处会出现寄生通带，最靠近主通带的寄生通带其中心频率一般为基频的2或3倍。

36、Makimoto M和Yamashita S于1980年提出了应用SIR谐振器构成微波带通滤波电路的想法，通过调节耦合线段与非耦合线段的阻抗比，以控制寄生通带在频率轴上的位置。SIR通常被用来移开或抑制倍频于基本谐振模式的高次模，然而也可以用SIR的高次模来产生第二个通带。在本章中我们利用SIR的高次模产生的第二个通带设计了两种应用于无线局域网WLAN系统(IEEE.802.1la/b/g)的双频带通滤波器，在设计中所有的SIR谐振器采用相同的结构。本章中的双频带通滤波器均无需外加输入输出匹配电路，在结构上更小巧紧凑。本章首先从理论上分析SIR的谐振结构参数的确定方法，其次给出了所设计双频滤波

37、器的结构模型以及在HFSS仿真软件15下所完成的该滤波器的优化结构参数，以及仿真结果。4.2 SIR双频带通滤波器的设计与仿真 本节利用SIR设计一个两级的双频段滤波器，双频段滤波器工作于WLAN中，其通带中心频率分别为2.4GHz和5.2GHz，两中心频率之为2.17，相对带宽分别为10和8，该滤波器由两个完全相同的SIR谐振器构成，两个谐振器通过两段低阻抗线耦合，其耦合系数通过结构参数Sl和S2调节，其结构图如图4.1所示：图4.1 设计一双频带通滤波器的结构图 滤波器尺寸的确定：设计中取RZ=0.8，Z2=45，计算得Z1=56，从图3.5.1(a)中可看出u=0.57，则由图3.5.1

38、(b)可得到t=168o，进而推出1、2的值。仿真时选用介电常数为10.2，介质层厚度为0.635mm，损耗角正切为0.0035的双面敷铜板Rogers R03010，利用计算公式得到电路中微带线的初值，然后在仿真软件中优化调整使得滤波器的两个谐振频率点分别位于2.4GHz和5.2GHz，从而得到谐振器的各参数为：WI=0.45mm，W2=0.7mm，W3=0.6mm，Ll=9mm，L2=6.6mm；对于两级耦合谐振带通滤波器，谐振器间的耦合系数由下式确定： （5-1）图4.2(a)和(b)分别是在2.4GHz和5.2GHz时，以距离S1作为参数，距离S2与耦合系数k12的关系曲线。（a）在2

39、.4GHz时的k12 （b）在5.2GHz时的k12 图4.2 耦合系数与耦合距离S1和S2的关系曲线设滤波器的带内波纹为0.1dB，查表可得gl=0.8430，g2=0.6220。此时，由式(5.1)计算得滤波器两个频段的耦合系数(k12)l和(k12)2分别为0.138和0.11，由图4.2(a)和4.2(b)，可初步确定谐振器间的耦合间距S1=lmm，S2=0.55mm，用HFSS建立模型，模型如图4.3所示：图4.3 设计一双频带通滤波器的HFSS模型.t=0.6mm_t=1mm. t=1.4mm 图4.4 抽头位置t对滤波器的性能影响电路的各参数确定后，经过仿真优化确定滤波器的输入输出抽头位置，图4.4为抽头位置t值的变化对滤波器性能的