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悬置带线带阻滤波器的设计解析
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2017-11-18
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1 引言
带阻滤波器常用于射频/微波系统中滤除不需要的信号或者抑制寄生响应，抑制不同通信系统之间的干扰，可以解决相近的本地收发天线之间的共址干扰问题。
悬置带线是一种优越的电磁波传输系统，其用途广泛，可以用来实现各种类型的滤波器，不仅可用于传输线谐振器型滤波器，也可用于半集总滤波器的设计。一般来说，在平面传输线中金属损耗占据主导地位，相对于微带线和共面线，悬置带线的横截面较大，这有效降低了金属层的电流密度以及介质中的电场强度，从而能有效减小损耗，同时，屏蔽效应使其不会产生辐射，延伸至空气中的电磁场成分增加，降低色散效应对滤波器性能的影响。
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
带阻滤波器常用于射频/微波系统中滤除不需要的信号或者抑制寄生响应，抑制不同通信系统之间的干扰，可以解决相近的本地收发天线之间的共址干扰问题。
悬置带线是一种优越的电磁波传输系统，其用途广泛，可以用来实现各种类型的滤波器，不仅可用于传输线谐振器型滤波器，也可用于半集总滤波器的设计。一般来说，在平面传输线中金属损耗占据主导地位，相对于微带线和共面线，悬置带线的横截面较大，这有效降低了金属层的电流密度以及介质中的电场强度，从而能有效减小损耗，同时，屏蔽效应使其不会产生辐射，延伸至空气中的电磁场成分增加，降低色散效应对滤波器性能的影响。
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
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