在带阻滤波器的设计中，阻带抑制特性及通带到阻带的过渡特性是设计两个重要方面。带阻滤波器的设计常见于窄带或者宽带的设计，其结构形式多种多样，采用平面传输结构形式具有低成本，易于加工的优点，大量的相关设计的文章发表于各种期刊杂志，但是，关于中等阻带宽度的带阻滤波器设计的文献较为少见，本文设计了一种X波段带阻滤波器，采用“支线式”结构，AnSOFt HFSS软件仿真，实现通带2～18GHz，具有15%的阻带带宽，陡峭的过渡带。
2 带阻滤波器设计的基本原理
首先，介绍几种平面带阻滤波器的结构形式，如图1所示，这三种滤波器结构是1/4波长短截线微波带阻滤波器的常见类型，“平行耦合式”结构(图1(a)所示)适用于窄带带阻滤波器，“并联基型”(图1(b)所示)适用于宽带带阻滤波器，而“支线式”结构(图1(c)所示)适用于中等带宽带阻滤波器的设计。
本文设计一种中等阻带宽度的带阻滤波器，采用图1(b)所示的支线式电路结构，其等效于图2(a)所示的1/4波长短截线带阻滤波器基型电路，这种基型带阻滤波器的准确设计公式[5]，可以应用频率变换和黑田变换，直接从集总原件LC梯形低通原型推导出来，具体步骤是：①确定低通原型;②将各元件乘以带宽因子;③加入单位元件，应用黑田变换;④确定电路结构。
图1 带阻滤波器的几种结构形式
支线式结构于平行耦合式结构是等效的，它们均等效于图2 b)所示的结构形式，同时等效于图2 a)所示的1/4波长短截线带阻滤波器并联基型，这两种滤波器的单节与基型单节的参数间的关系为：
(1)
(2)
(3)
其中，
实现条件为：
(4)
式中，Y1为并联短截线的特性导纳，Y12为联接线的特性导纳，Ca、Cb为杆对地单位长自电容，为杆间单位长互电容，η0为自由空间波阻抗，&epSILon;r为相对介电常数。
图2 支线式带阻滤波器的等效
通带插损：IL≤2.0dB@2-10.1GHz&13.5-18GHz
根据前面的分析，采用支线式结构设计滤波器能够满足15%阻带带宽的要求，根据阻带衰减要求，取n=10，采用RT/durold®6002陶瓷板作为基板，相对于微带线来说，悬置带线能够减小损耗，能够获得更加优越的过渡带特性。在ADS中建立原理图，给出各短截线及主线的初值并优化，从而得到带阻滤波器的各结构参数的较准确的值，在此基础之上，采用AnSOFt公司的三维电磁场仿真软件HFSS建立三维模型，进行参数扫描或者优化，确定参数的精确值，得到满足指标要求的仿真曲线，如图3所示，阻带衰减大于45dB的范围约为16%，通带插损不大于2.0dB，满足设计指标的要求。这样，既利用了原理图设计的简单性及快速性，又利用了三维电磁场仿真的准确性，从而可以快速而准确的设计出所需要的滤波器电路。
图3 带阻滤波器仿真曲线
根据仿真得到的结构参数的准确值，进行了加工与测量，其实物照片如图4所示。
图4 带阻滤波器实物图
采用安捷伦公司的E8363B矢网测试，测量结果如图5所示。测量结果显示：阻带衰减在10.9GHz-12.7GHz范围内大于48dB，其边带特性较仿真有一定的恶化，在调试过程中发现：无论调节那个一谐振，其第二个通带(13.5-18GHz)的驻波变化很小，基本上没有改善，而第一个通带(2-10.1GHz)的驻波均可以通过调试使其小于2，可调性很高。分析出现以上情况的原因，一是软件求解存在的仿真误差，二是加工误差的引入，三是部分结构参数不可调，只能调节各个谐振支线的电长度，其耦合不可调，导致第二通带驻波有一定的恶化。可以通过进一步的优化仿真，提高加工精度，适当减小谐振短截线的长度，改善高端的驻波比，通过调谐钉补偿谐振器的电长度，以达到改善滤波器性能的目标。
图5 带阻滤波器测量曲线
4 结论
本文采用支线式结构设计了一种中等阻带带宽的带阻滤波器，使用悬置带线结构获得较高的Q值，陡峭的边带过渡特性，该滤波器还具有低成本、易于加工的优点，满足工程应用的需要。
本文关键字：滤波器 滤波-陷波电路，单元电路 - 滤波-陷波电路
