带通滤波器宽阻带技术解析

一、研究背景

当今社会，随着无线通信技术的不断发展，人们对通信系统信号质量和速率的要求是越来越高。这就需要信号在传输过程中达到最低的衰减，同时可以最大程度抑制传输过程中伴随着的干扰。面对这种情况，我们通常采用带通滤波器来处理，因为滤波器的性能是当代通信系统中影响通信质量好坏的重要因素之一。但如果在通信过程中干扰过大或者滤波器通带过窄，都会导致滤波器滤波效果变差。因此，在这种应用环境下可以选择使用阻带滤波器来抑制通带外干扰信号。阻带滤波器的优势在于通带损耗小，抑制阻带干扰信号时延小，阻带抑制能力强。所以宽阻带、高选择[的滤波器研究与设计不断得到研究人员的重视，也是滤波器一个重要的发展方向。研究宽阻带滤波器不仅解决了信号传输多干扰问题，也满足了多种应用场景对滤波器的特性要求，是现代滤波器的重要发展趋势。

二、宽阻带技术

1）零点抑制技术

零点抑制技术的零点为传输零点，也叫衰减极点，对于理想情况下，这个频率上的信号会全部反射回信号源端。所以针对不想要的信号，可以通过特定方法在这个信号的频率点上产生传输零点，达到滤除的目标。在设计宽阻带滤波器时，通常可以借助传输零点来实现良好的阻带响应。

2010年，Kim Young-Sik 等人利用“哑铃”型缺陷地结构（DGS)，在宽带带通滤波器的带外引入多个传输零点,然而带外抑制的宽度严重依赖于DGS的个数,且在这个设计中20-dB的抑制水平仅延伸到3f0(f0为带通响应的中心频率左右。

结构图与S参数

2）级联低通响应

串联低通滤波器方法就是在滤波器的输入输出端串联一个或多个低通滤波器来直接滤除高次模式，这种方法是抑制高次模的方法中最为简单的一种。

在2013年，Wu Wen等人利用由一段高阻抗微带线和一对加载在其中心的径向短截线以及加载在HIML两端的一对阶梯阻抗开路短截线组成的低通滤波器与一对高通短路高阻抗微带线组成的高通滤波器，以构造具有宽阻带的宽带带通滤波器。实现带通滤波器，其阻带可达到15*f0（20db）。由于高通性能的原理的限制，其工作频段限制在低频。

结构图与S参数

3）缩放线技术

在2017年，Zhang Runqi等人利用缩放线替代传统的宽带枝节型滤波器的传输线，不但实现了宽阻带的响应，同时还将传统的结构小型化。但这种技术在个别频率点处有辐射现象。

结构图与S参数

4）模式的场分布利用

这种方法是根据谐振腔中谐振模式的电场分布特性，来设计滤波器的馈电及耦合结构，使高次模式无法激发抑或不能进行传输，从而实现对高次模式的消除。

18年，W Shen给出了一种综合利用半模基片集成波导(Half mode substrate integrated waveguide, HMSIW）谐振腔、共面波导(Co-planar waveguide, CPW)、微带线设计的宽阻带滤波器，由于三种不同的传输线具有不同的谐振特性，使得所提出的滤波器结构具有了2.65倍中心频率的阻带抑制性能。但这种设计无疑需要对谐振腔形状和谐波频率做出精巧合理的规划才能实现，而这将提高滤波器设计的复杂度。

结构图和S参数

5）混合电磁耦合

谐振模式的耦合强度由电耦合和磁耦合共同决定，这种方法就是利用混合电磁耦合，使得高次模的电耦合强度与磁耦合强度相等，从而使得总体的耦合为零，实现对高次模式的抑制。

2020年，Akhilesh MohanAkhilesh Mohan提出一种单层平面的电磁混合耦合结构单层平面的电磁混合耦合结构的宽阻带滤波器。该滤波器的-20dB 阻带抑制宽度可以达2.01*f0。

结构图与S参数

6）集总分布混合技术/准集总技术/集总技术

集总分布混合技术/准集总技术均是利用集总参数来破坏分布参数的周期谐波，从而实现宽阻带特性。

在2017年，WU KE LI等人提出了复合型串联谐振单元，这个单元由高阻抗传输线并联一个集总电容，并且将宽带理论运用到综合所提出分布/集总混合电路，实现了7*f0的宽阻带特性。

结构图与S参数图

三、总结

该综述以场与路的思路为起点，从技术层面出发，介绍了宽阻带带通滤波器的增强带外抑制和拓宽阻带的方法。

面对未来越来越复杂和困难的信号传输环境，宽阻带滤波器具有巨大的应用前景。根据不同的应用环境，对阻带滤波器的特性要求也是不一样的。有需要高抑制的，有需要宽阻带的，有需要带外衰减少的和选择性高的结构等。特别的是，在一般实际应用中，微带滤波器的阻带通常不能完全抑制干扰信号，由于分布式滤波器具有性能周期性，通常会在阻带中产生寄生通带，也就是产生谐波，这种滤波器性能特性会影响发送方和接收方的传输效率，影响通信质量，直接影响整个通信系统的性能。但是宽阻带滤波器可以巧妙地解决这个难题，不仅可以在阻带范围内抑制谐波的产生，还可以充分的拓宽原有的阻带来增强系统的抗干扰能力。

审核编辑：汤梓红