2 濾波器設計實例

　　為了驗證以上的理論分析，采用文中所討論的雙模諧振器設計了一個應用于WLAN/WiMAX的雙模雙通帶濾波器。濾波器的設計指標為：第一個通帶的中心頻率為2.4 GHz，應用于WLAN頻段；第二通帶的中心頻率為3.5 GHz，應用于WiMAX頻段；帶內插入損耗小于1 dB，帶內回波損耗都為-20 dB，在上阻帶3.8~6.9 GHz內，抑制要大于20 dB.采用的介質板的介電常數(shù)為2.2，厚度為0.508 mm，損耗角正切tan δ =0.000 9，銅箔厚度為0.018 mm.

　　基于以上設計指標，首先根據(jù)給定的第一通帶的中心頻率確定半波長諧振器的尺寸，而后調節(jié)對稱T型開路支節(jié)長度，大致達到第二通帶的中心頻率。通過建模仿真，最終確定了諧振器的物理尺寸，得到濾波器的版圖如圖4所示，尺寸大小為14.03 mm×31.48 mm，對應的波導波長為0.15λg × 0.34λg，總的面積為0.051λ2g，其具體的物理尺寸如下：

　　W0 = 1.54 mm，Wt = 0.57 mm，Lt = 3.12 mm，S =0.99 mm，W1 = 0.8 mm，W2 = 2.46 mm，W3 = 0.72 mm，W4 =0.94 mm，L1 = 19.47 mm，L2 = 4.12 mm，L3 = 2.63 mm，L4 = 3.33 mm，L5 = 0.79 mm，L6 = 17.86 mm.

　　由圖4 可知，源/負載與第一/二個雙模諧振器采用的是抽頭饋線耦合，兩雙模諧振器的兩邊支臂相互耦合。這樣的結構有利于兩個通帶的調節(jié)和結構的緊湊。

　　雙模諧振器級聯(lián)的耦合原理如圖5所示。圖中的S 表示源，L 表示負載。

　　從圖5中可以看出，源與第一個諧振器和第二個諧振器的奇模偶模都有耦合，負載也與第一個諧振器和第二個諧振器的奇模偶模都有耦合。第一個諧振器的奇模與第二個諧振器的奇模耦合，構成第一個通帶；第一個諧振器的偶模與第二個諧振器的偶模耦合，構成第二個通帶，這樣就形成了一個雙模雙通帶的濾波器。

　　圖6 顯示了濾波器在不同間距S 的情況下帶寬的特性。可以看到，耦合間距S 能有效地調節(jié)濾波器的帶寬特性，當間距S 從0.6 mm增加到1.1 mm時，濾波器的兩個帶寬明顯減小。因此可以調節(jié)S 參數(shù)來得到想要的帶寬，而且濾波器的其它特性幾乎不變。

　　圖7為該雙模濾波器的仿真結果，此結果達到了設計的要求。第一個通帶的中心頻率為2.45 GHz，第二個通帶的中心頻率為3.52 GHz，它們的帶內的反射系數(shù)都小于-20 dB，而且在帶外產生了三個零點TZ1，TZ2 ， TZ3，其頻率分別為1.98 GHz，2.93 GHz，3.935 GHz，其衰減分別為-54.3 dB，-40.7 dB，-58.1 dB.而且在上阻帶3.78~-6.94 GHz內，其衰減達到-20 dB 以下，具有非常好的帶外抑制能力。

　　圖8為加工實物圖，可以看到其尺寸比傳統(tǒng)的雙通帶濾波器小很多，說明雙模諧振器具有小型化的優(yōu)點。

　　這里使用的測試儀器為Agilent公司的E5071C 矢量網絡分析儀，在常溫條件下對制作的雙模濾波器進行測試，實際測量結果與仿真結果非常吻合，如圖9所示。

　　從實測結果來看，中心頻率分別為2.44 GHz 和3.48 GHz，3 dB帶寬分別為10.7%和6.9%，對應的插入損耗為0.76 dB 和1.13 dB，帶內反射分別優(yōu)于19.2dB 和15.1 dB.帶外產生了三個零點TZ1，TZ2，TZ3，其頻率分別為1.96 GHz，2.94 GHz，3.91 GHz，其衰減分別為-53.8 dB，-43.9 dB，-45.6 dB.在上阻帶3.75~7.33 GHz內，其衰減達到-20 dB 以下。由此可見，雙模雙通帶濾波器的性能非常好。

　　3 結論

　　本文提出了一種新型應用于WLAN/WiMAX 的雙模雙通帶濾波器的設計方案，方案是在對稱T 型開路支節(jié)加載雙模諧振器的基礎上，先對其奇偶模原理進行了分析，接著對電場分布和電流分布分析，最后設計出了一個應用于WLAN 和WiMAX 頻段的尺寸小、性能好的雙模雙通帶濾波器。