基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法，通过将传统SIR弯折成三角形拓扑，有效减小了滤波器的面积，采用源‑负载耦合馈电和混合电磁耦合引入了四个可控的传输零点，增加了滤波器的选择性，同时加入微扰结构独立控制各个通带的谐振点，最后融合改进型DGS结构，得到宽频段的杂散抑制。仿真分析的结果表明，两个通带中心频率分别为2.4GHz和5.2GHz，相对带宽分别为14.6％、5.7％，高阶杂散抑制在9.2GHz(3.8f

Design method of high performance double pass band filter based on Sir

【技术实现步骤摘要】
基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法
本专利技术涉及射频微波
，尤其涉及高选择性多零点滤波器设计领域。
技术介绍
滤波器是具有信号选择性的装置。自从1915年德国科学家和美国科学家分别以两种不同的方式专利技术LC滤波器以来，电子电路系统研究就有了质的改变。到了四十年代，无源滤波器理论已经初步形成。到六十年代随着材料工艺的发展、计算机产生和优化、各种集成工艺的提出对滤波器的性能提出了新的要求。滤波器要朝着高稳定性、小体积、低功耗、多功能、易加工、易集成、低成本的方向发展。与此同时，最早的微带传输线滤波器结构也被提出。随后交指型结构、发夹型结构也相继被提出，它们提高了滤波器的空间结构和集成度。直到现在这几种微带线滤波器还一直被广泛的应用于实际的生产实践当中。在电路除噪方面滤波器是非常重要的元件，只有设计出具有良好的频带选择特性，较低的插入损耗和较小的尺寸的滤波器才能满足无线电系统电路性能的要求。传统滤波器主要通过增加谐振器的个数来实现滤波器优良的带外抑制特性，这会增加系统的损耗、增大整个系统的体积。阶梯阻抗谐振器(SIR)因其体积小，调整灵活而受到广泛的应用，通过调整SIR各段的阻抗比和电长度可以灵活的控制所设计滤波器的中心频率，同时也可以控制其高阶模式来设计多频带的滤波器，不过要产生可控的传输零点是难点。传输零点是增加滤波器选择性的重要手段，现阶段用于产生传输零点的方法有交叉耦合，零度馈电，源-负载耦合等，其本质都是通过多路径去产生传输零点，近年来混合电磁耦(MEMC)因其结构紧凑，零点可控而受到广泛关注。混合电磁耦合可以通过独立控制电耦合和磁耦合生成多路径效应从而产生传输零点，所以在高选择滤波器中有着非常广泛的应用。但混合电磁耦合同样存在一定的弊端，即只有当耦合系数很小时，混合电磁耦合才能产生一个近通带的传输零点，此时因总耦合系数过小使得通带带宽过小，不利于宽带通信，并且混合电磁耦合由于受限于一直无法很好地去独立控制电耦合和磁耦合在级间耦合中的强度，因此对混合电磁耦合滤波器的设计研究变得相对缓慢。尽管关于混合电磁耦合理论的滤波器设计研究已经成为一个热点，但是对于提高混合电磁耦合滤波器性能方面的研究仍然较少，特别是过往中对混合电磁耦合小型化、高选择性、宽阻带等综合兼顾的设计更是寥寥无几。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法，可以有效解决传统双通带滤波器体积大，不方便独立调节以及选择性和杂散抑制差的弊端，使得该滤波器在更复杂的应用场合下，可以有效改善通信设备的通信性能，获得更稳定的通信数据。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法，通过四个步骤进行设计：第一步，通过SIR的性质确定基频和杂散通带，并将其弯折成三角形拓扑；第二步，加入混合电磁耦合和源-负载耦合来增加零点的个数；第三步，加入微扰结构，使得两个通带频率可以独立控制；第四步，融合改进后的DGS结构，增加其高阶杂散抑制和带宽。通过以上四个步骤设计的双通带滤波器，性能有效提升，体积有效减少，可以较好的辅助通信设备工作。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：改进的三角形SIR拓扑结构体积更小达到了0.58*0.26(λg*λg)，加入混合电磁耦合，并通过开口间距和垂臂耦合间距可分别控制电耦合和磁耦合的耦合量，通过控制不同位置的微扰结构大小可以独立控制基频和第一杂散通带的频率，级联二阶改进型DGS结构，使得高阶杂散抑制在9.2GHz(3.8f0)都在-20dB以下，同时加入源-负载耦合结构使得传输零点的数量达到6个，背槽的加入使得两个通带的带宽分别为14.6％和5.7％。附图说明图1为本专利技术实施例基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法流程示意图。图2为本专利技术实施例基于SIR的高性能双通带滤波器的结构示意图图3为本专利技术实施例基于SIR的高性能双通带滤波器的仿真图。具体实施方式为使本专利技术使用的技术手段、创作特征、达成结果与功效易于理解掌握，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。图1为本专利技术实施例基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法流程示意图。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法，通过四个步骤将混合电磁耦合结构、微扰结构、缺陷地结构改进后融合于三角形阶跃阻抗谐振器(SIR)进行高性能双通带设计，包括：第一步，通过SIR的性质确定基频和杂散通带，并将其弯折成三角形拓扑。其中，通过SIR基频和杂散通带比值随阻抗比改变确定基频为2.4GHz，第一杂散通带为5.2GHz，弯折成三角形拓扑结构有效减小了传统SIR的体积。第二步，加入混合电磁耦合和源-负载耦合来增加零点的个数。其中，将传统SIR弯折成三角形拓扑，通过开口处电场最强的特征加入了电耦合，通过垂臂上磁场最强的特征加入了磁耦合，实现了混合电磁耦合，并可通过控制开口间距和垂臂耦合间距分别控制电耦合和磁耦合的耦合量，同时将源和负载的馈电微带接近，形成源-负载耦合来增加零点的个数。第三步，加入微扰结构，使得两个通带频率可以独立控制。其中，经HFSS仿真确定不同频率下的电流分布情况，在2.4GHz和5.2GHz下电流分布最密处加入微扰结构，通过改变不同位置的微扰结构的大小可以分别细调基频和第一杂散通带的频率，实现两个通带频率的独立调节。第四步，融合改进后的DGS结构，增加其高阶杂散抑制和带宽。其中，将传统的哑铃型DGS结构进行改进，并将二阶DGS结构级联在馈电回路，加入了两个零点抑制了两个高阶杂散通带，使得高阶杂散抑制在9.2GHz(3.8f0)都在-20dB以下，同时加入背槽设计，使得带宽进一步增大。本专利技术实施例中，使用三角形SIR结构，混合电磁耦合，微扰结构和DGS结构实现多零点，频点独立灵活可调和杂散抑制。本专利技术通过以上四个步骤进行的高选择性可独立调节频率的双通带滤波器设计方法可以较好的完善滤波器的选择性，杂散抑制，小型化等参数。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：改进的三角形SIR拓扑结构体积更小达到了0.58*0.26(λg*λg)，加入混合电磁耦合，并通过开口间距和垂臂耦合间距可分别控制电耦合和磁耦合的耦合量，通过控制不同位置的微扰结构大小可以独立控制基频和第一杂散通带的频率，级联二阶改进型DGS结构，使得高阶杂散抑制在9.2GHz(3.8f0)都在-20dB以下，同时加入源-负载耦合结构使得传输零点的数量达到6个，背槽的加入使得两个通带的带宽分别为14.6％和5.7％。具体实施过程中，先通过SIR的传输特性经过理论计算得到SIR结构在2.4GHz和5.2GHz双通带下的参数值，通过HFSS优化，使得谐振频点精准，然后弯折成三角形拓扑，通过开口处电场最强的特征加入了电耦合，通过垂臂上磁场最强的特征加入了磁耦合，控制开口间距和垂臂耦合间距分别控制电耦合和磁耦合的耦合量，控制源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法，其特征在于，通过四个步骤将混合电磁耦合(MEMC)结构、微扰结构、缺陷地(DGS)结构改进后融合于三角形阶跃阻抗谐振器(SIR)进行高性能双通带设计，包括：/n第一步，通过SIR的性质确定基频和杂散通带，并将其弯折成三角形拓扑；/n第二步，加入混合电磁耦合和源-负载耦合来增加零点的个数；/n第三步，加入微扰结构，使得两个通带频率可以独立控制；/n第四步，融合改进后的DGS结构，增加其高阶杂散抑制和带宽。/n

【技术特征摘要】
1.基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法，其特征在于，通过四个步骤将混合电磁耦合(MEMC)结构、微扰结构、缺陷地(DGS)结构改进后融合于三角形阶跃阻抗谐振器(SIR)进行高性能双通带设计，包括：
第一步，通过SIR的性质确定基频和杂散通带，并将其弯折成三角形拓扑；
第二步，加入混合电磁耦合和源-负载耦合来增加零点的个数；
第三步，加入微扰结构，使得两个通带频率可以独立控制；
第四步，融合改进后的DGS结构，增加其高阶杂散抑制和带宽。


2.根据权利要求1所述的基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法，其特征在于，SIR基频和杂散通带比值随阻抗比改变确定基频为2.4GHz，第一杂散通带为5.2GHz，使用三角形拓扑结构的SIR，有效减小了传统SIR的体积。


3.根据权利要求1所述的基于SIR的高性能双通带滤波器设计方法，其特征在于，将传统SIR弯折成三角形拓...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，于淼鑫，侯志勇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61