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新型宽阻带共面带状线低通滤波器设计解析

资料大小: 0.3 MB 所需积分: 0 下载次数: 用户评论: 0条评论,查看 上传日期: 2017-11-09 上 传 者: 徐起他上传的所有资料

资料介绍

1 引言
  共面带状线(CPS)是在二十世纪七十年代提出的一种同平面的传输线方式,由于结构简单,易于与有源和无源二端口器件跨接,避免了穿孔带来的工艺麻烦。同时,CPS对介质厚度不敏感、由不连续结构引起寄生效应小, 高频电磁波传播时损耗较低等,因此,被广泛应用于馈电网络和微波电路,如印刷偶极子天线、滤波器、耦合器、谐振器和放大器等。
  在整流天线系统中,低通滤波器要求允许基波通过,能够有效阻止二次、三次谐波,以提高整流天线系统的转换效率。因此,在整流天线系统中,具有宽阻带、低损耗的低通滤波器更具实际意义。文献用于整流天线系统中的CPS带通滤波器和带阻滤波器,工作频率处插损仿真为-0.3dB,衰减小于-10dB的阻带带宽大约为6GHz,有效抑制了二次谐波,但是三次谐波抑制性能大于-5dB,而且尺寸较大。
  根据CPS不连续结构特性的分析,半波长的T型开路枝节和开口环谐振电路,等效为串联的LC电路,产生传输零点,实现阻带特性。为了减小滤波器的体积,在微带线上开槽亦具有阻带特性。因此,通过在传输线内外添加T枝节和T型槽谐振可以很好的抑制高次谐波,实现低通滤波器宽阻带的设计。
  本文提出了一种新型的开环CPS谐振器,分析了其集总元件等效电路图。基于开环结构谐振器,设计了三阶CPS低通滤波器,具有尺寸小,通带内损耗小,阻带带宽宽的特点,有效地抑制了二、三次谐波,可以应用到射频前端和整流天线系统中。
  2 共面带状线(CPS)结构
  CPS结构具有有限大小的介质板,如图1所示。根据CPS传输线理论,当缝隙S不断增大时,CPS的总损耗越来越小,而其特性阻抗变的越来越大。换句话说,高特性阻抗的CPS结构对应着较小的传输损耗[3]。为了得到更高的二极管转换效率,需要CPS具有低损耗、高特性阻抗的特性。
  新型宽阻带共面带状线低通滤波器设计解析
  图1 共面带状线结构
  本文所设计的CPS结构低通滤波器所用介质板的相对介电常数为2.55,厚度为0.8mm,覆铜厚度为0.035mm。根据全波仿真软件IE3D分析,平行传输线的线宽W和间距S分别为0.6mm和0.4mm时,CPS的特性阻抗Z0为172ohm。
  3 CPS低通滤波器的设计
  3.1 CPS开环谐振器
  本文提出的开环CPS谐振器,其结构与等效电路如图2所示,由长度为λg/2的谐振开路环实现。根据不连续性结构特性分析,周长为λg/2开路环等效为电感Lp,开路环和传输线间的间距g1等效为耦合电容cp1,对称开路环间距g2等效为耦合电容cp2。那么,图2所示的开路环结构可以等效为串联的LC电路。等效的串联谐振电路并联在传输线之间,产生一个传输零点,实现阻带特性。
  在图2中,开路环的长度为7.4mm,线宽为0.4mm,缝隙间距g1、g2均为0.4mm,谐振频率为9.4GHz,频率特性如图3(a)所示。通带内S21最小为-0.068dB,频率9.4GHz时S21达到-31.8dB。根据IE3D仿真曲线图3(b)分析,当缝隙S、g1、g2增大时,通带内的插损逐渐减小,谐振频率往高频偏移。主要是因为环与传输线、对称环之间的耦合电容减小,

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