一种新型小型化K波段带通滤波器的设计

对图3所示滤波器结构进行改进，我们提出了一种电容耦合抽头形式的结构，如图4所示。在输入端50欧姆微带线的末端连接一个长度为中心频率半波长的谐振单元，再通过一个电容耦合把信号耦合到第一个三角形谐振单元上。由于半波长谐振单元两端的场分量比较强，因此分布在第一个三角形谐振单元两角的场分量加强，即传输路径1-3-2和1-4-2耦合系数增大，耦合电容C1和C3加大。如此以来，两个端口之间有三条主要的传输路径，调节各条传输路径的耦合量，使得信号从一端口经不同的路径到达二端口时相位在某个频率点上反向，即产生了一个传输零点。调节这个传输零点的位置可以有效的改善该滤波器的矩形度。观察图4发现，我们对半波长谐振器进行了一小段弯折处理，这是为了不改变其固有谐振频率的情况下调节它与第一个三角行谐振单元之间的耦合量。

 

图4  电容耦合抽头式滤波器结构示意图

3  结果

按照图4所示的结构，在三维电磁场仿真软件HFSS里建立仿真模型并进行优化得到如图5所示的仿真结果。该滤波器具有很好的结构对称性，可以很方便的进行建模和优化，优化后得到其主要尺寸如图4所示。其耦合缝宽为0.47mm，易于加工，避免了为减小插入损耗而采取紧耦合从而带来加工困难的问题。

图5  电容耦合抽头式滤波器仿真结果

仿真结果显示此种新型结构的滤波器中心频率为20.3GHz，带宽1GHz，带内插损小于0.6dB,回波损耗大于21dB，下边带过渡段在2GHz带宽范围内衰减30dB，而在上边带则有一个传输零点。其总体尺寸为11×8.6mm²。

4  结论

本文提出了一种可以应用于毫米波波段的高性能小型化带通滤波器结构。这种新型的微带三角形耦合带通滤波器基于多径传输原理，通过引入半波长电容耦合谐振器和调整三角形谐振器之间的耦合距离，我们得到了很好的滤波器响应曲线。此种微带三角形耦合滤波器具有高性能、小尺寸、轻重量、低成本、易于制作等优点，可以很方便的用到毫米波集成电路之中，具有非常重要的实际应用价值。