正交环型带通滤波器原文及翻译.docx

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正交环型带通滤波器原文及翻译

带有交指耦合结构的微带环型带通滤波器

一、摘要

在这篇文章中，我们介绍了交指耦合结构的双模微带环型带通滤波器。

交指耦合结构的插入损耗和回波损耗要比其他的侧面耦合结构要低很多。

双模微带环型带通滤波器在两条谐振回路中可以使得频率为2.2GHZ和2.05GHZ的电路在带宽3dB处频率降低到70MHZ和75MHZ，此时插入损耗和回波损耗分别是-2.75dB和-2.12dB以及-2.75dB和-19.65dB。

二、前言

微带圆环谐振器被提倡用来测量微带电路的分散作用、介电常数和Q因素。

由于圆环避免了开放式的影响，它比一个线性谐振器支持更加准确的测量。

并且，它的简单的几何结构比一般的微波和毫米波电路有优势，例如滤波器、双工机、耦合器、振荡器、天线和光电子搅拌器。

最近，微带环型双模带通滤波器对下一代人造卫星和移动通信系统的有利优势，已经引起了人们的重视。

微带环型滤波器的优点在于它的尺寸小，品质因数高和带宽狭窄。

R.Esfandiari等建议将正交电容器设计方法和它们的使用方式运用到滤波器上，M.Guglielmi提出了用双模微带环型共振器来设计实用滤波器的方法，这种实用滤波器允许从通频带上的两个传输零点两边任意一侧不连续的传输到圆环内。

活跃的带通双模滤波器在负电阻电路中使用时也加入了圆环用来补尝损失。

在这篇文章中，介绍了新的带有交叉耦合设计的双模微带环型带通滤波器，这种带通滤波器有良好的插入损耗和回波损耗和狭窄的通带特性，使得它的这种微波特性在电路中被建议并描绘，同时在使用中起到了积极地作用。

三、带有交指耦合结构的环型谐振器及它对滤波器的应用

新颖的侧面耦合环型谐振器的基本的几何图形已在图1中显示。

当被引导的波长的整数倍数与圆环的圆周相等时，TM方式的共振条件可以达到满意的效果。

TM共振在同一个物理圆环两次被激发，并且二个简并方式可以在微带环型谐振器被观察到。

两次像这样的共振可以在同一个物理微带圆环同时被激发，并且他们在电性上是独立的，如果一个共振的最大值和另一个共振的最小值相呼应。

只有圆环是完全相称的时候，两次共振才会以相同频率发生。

双重模式的滤波器可以使用不对称的圆环谐振器制造。

图1新颖的侧面耦合环型谐振器

我们也介绍一种在微带饲料线和环型微带环型谐振器之间的新的交指耦合配置。

它影响着共振频率和电路的品质因数。

图2显示交叉型电容器。

它在插入消耗和回波消耗上损耗非常低，虽然品质因数有一点轻微地下降。

一般来说，分裂模式圆环电路的宽松耦合类型由于在第一次共振时90

的非对称接口有高插入损耗。

然而，如果采用本文建议的交叉耦合配置，就可以使第一次共振时的高插入损耗大量减少。

图2带有四个端口的微带交叉电容器

图3显示的是新颖的侧面耦合圆环谐振器中对称的一部分等效电路。

我们可以从这些等效部分电路中得到奇偶激励的输入阻抗（

，

）。

由

，

，

组成的n网络表示交叉型电容器的等效电路（

：

每个指针到地面之间的电容，

：

两个指针之间的电容，

：

接线条和地面之间的电容）。

通过完成

（1）与

（2）两个公式，我们可以获得传输零点和中心频率的值。

（1）

（2）

图3新颖的双模微带环型谐振器的等效电路。

（a）偶数方式（b）奇数方式

四、带有新的交叉耦合配置的微带环型带通滤波器

图4显示一个带有（LRS）模式电路和90度不对称的交叉耦合饲料线的双模环型带通滤波器。

这个设计，使一个当地共振扰动在期望频率范围使用，从而得到相等的分裂模式。

然后，获得双模特征的不对称交叉耦合，被应用作为耦合电路。

通过增加当地共振分裂阻抗可以从图3容易地得到图4的等效电路。

为了在低阻塞通带创造衰减电极，当地共振分裂的宽度如图4所显示可以作为控制参数被改变。

图4当地共振分裂模式电路的双模环型过滤器。

在这种结构中我们所用到的参数值如下所示：

圆环宽度，

，

，平均圆环外围

，

以及交叉电容器的指针对数的数目，

。

图5展示的是计算机的模拟结果。

在图中我们能够明显地看出，这个双模滤波器展示了非常狭窄的带宽。

在频率为2.2GHz的中心频率处有第一个共振点，此时的带宽为70MHz，而此时的插入损失和回波损失分别为-1.39dB和-22.3dB。

图6显示了一个新颖的带有两个当地共振分裂结构的双模微带滤波器。

通过应用有45

夹角的两个当地共振部分一和二所产生的扰动，双重共振方式可以得到。

如图6所显示，高阻抗区段和低阻抗区段通过加强一个当地共振边界条件来储存和分裂开第一共振。

图5带有一个当地共振分裂结构的新颖的双模微带环型带通滤波器模拟的频率特性

图6受到两个当地共振分裂模式干扰的一个

新颖的双模微带环型带通滤波器

在这个结构中我们使用如下的数据参数：

圆环宽度，

，

，

，平均圆环外围

，

，交叉指针对的数目

图7所显示的是经过当地共振分裂一和二两个模式优化后的滤波器所模拟的频率特性，正如图7所示，带有两个当地共振分裂模式的新颖双模环型滤波器在窄带滤波器的设计上展现了良好的性能。

在第一个谐振点处的频率为2.05GHz，带宽为75MHz，此时插入损失和和回波损失分别为-1.0dB和-26.85dB。

图7通过两个当地共振分裂模式一和二最优化线宽的

新颖的双模微带环型带通滤波器的模拟频率特性

五、进行试验

新颖双模微带环型带通滤波器的加工是基于厚度为0.504mm的聚四氟乙烯（

）的基板。

微带宽度选择在特征阻抗为50

处，这样可以对应于这个环型谐振器的基本谐振频率2.2GHz。

这些电路可以使用模拟CAD工具进行模拟，其中有HPEEsofLibraver.6.1和ADS软件，并且微波的特性可以通过一个HP851OC网络分析仪对实际测量的数据进行分析。

图8显示的是图4中的带有一个当地共振分裂的双模环型滤波器的，在图中可以明显的观察到在以频率为2.05GHz的中心频率处标准插入损耗和回波损耗的值分别为-2.75dB和-19.48dB。

图9显示的是图6中的带有两个当地共振分裂一和二的双模环型带通滤波器的实验结果——插入损耗和回波损耗，在频率为2.05GHz的中心频率处它们的值分别为-2.12dB和-19.65dB。

从这些图中可以看出，测量结果与模拟数据较完美的吻合。

带有两个当地共振分裂结构的双模环型带通滤波器的性能比带有一个的要好的多。

对于带有两个当地共振分裂结构的带通滤波器，在第一个共振点处频移被认为归结于耦合电容的加强和通过增加第二个当地共振分裂结构所产生的圆环阻抗的加强。

图8如图4中的双模微带环型带通滤波器的实际测量结果。

图9如图6中的双模微带环型带通滤波器的实际测量结果

当然，在这篇文章中，通过交叉耦合设计微带环型带通滤波器可以获得良好的插入损失特性，而不必用到任何激励设备或集总原件。

在表1总结的是新的微带环型带通滤波器的这些实验性结果和模拟数据的比较。

模拟数据

测量数据

图4中的微带环型带通滤波器

图6中的微带环型带通滤波器

图4中的微带环型带通滤波器

图6中的微带环型带通滤波器

中心频率

2.2GHZ

2.05GHZ

2.2GHZ

2.05GHZ

带宽

70MHZ

75MHZ

70MHZ

75MHZ

衰减

-25.44dB

-25.85dB

-25.32dB

-23.24dB

插入损耗

1.39dB

1.0dB

2.75dB

2.12dB

回波损耗

22.3dB

26.85dB

19.48dB

19.65dB

表1带有一个当地共振分裂结构的新的双模微带环型带通滤波器和带有两个当地共振分裂结构的新的双模微带环型带通滤波器的实际测量数据和理论模拟数据的比较

六、结论

对于带有交指耦合结构和当地共振分裂的这两种新的类型的微带环型带通滤波器我们已经论述了它们的微波特性。

这些滤波器显示了非常良好的插入损耗特性和回波损耗特性同时有十分狭窄的带宽。

这些新的双模微带环型滤波器作为小型的开发简单和高性能微波平面类型滤波器有非常吸引人的结构。

此外，这种滤波器在单片微波集成电路和微波超导电路中是十分有用的结构。

七、参考文献

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