1、帶有交指耦合結構的微帶環型帶通濾波器一、摘要在這篇文章中，我們介紹了交指耦合結構的雙模微帶環型帶通濾波器。交指耦合結構的插入損耗和回波損耗要比其他的側面耦合結構要低很多。雙模微帶環型帶通濾波器在兩條諧振回路中可以使得頻率為2.2GHZ和2.05GHZ的電路在帶寬3dB處頻率降低到70MHZ和75MHZ，此時插入損耗和回波損耗分別是-2.75dB和-2.12dB以及-2.75dB和-19.65dB。二、前言微帶圓環諧振器被提倡用來測量微帶電路的分散作用、介電常數和Q因素。由于圓環避免了開放式的影響，它比一個線性諧振器支持更加準確的測量。并且，它的簡單的幾何結構比一般的微波和毫米波電路有優勢，例如

2、濾波器、雙工機、耦合器、振蕩器、天線和光電子攪拌器。 最近，微帶環型雙模帶通濾波器對下一代人造衛星和移動通信系統的有利優勢，已經引起了人們的重視。微帶環型濾波器的優點在于它的尺寸小，品質因數高和帶寬狹窄。R. Esfandiari等建議將正交電容器設計方法和它們的使用方式運用到濾波器上，M. Guglielmi提出了用雙模微帶環型共振器來設計實用濾波器的方法，這種實用濾波器允許從通頻帶上的兩個傳輸零點兩邊任意一側不連續的傳輸到圓環內。活躍的帶通雙模濾波器在負電阻電路中使用時也加入了圓環用來補嘗損失。在這篇文章中，介紹了新的帶有交叉耦合設計的雙模微帶環型帶通濾波器，這種帶通濾波器有良好的插入損耗

3、和回波損耗和狹窄的通帶特性，使得它的這種微波特性在電路中被建議并描繪，同時在使用中起到了積極地作用。三、帶有交指耦合結構的環型諧振器及它對濾波器的應用新穎的側面耦合環型諧振器的基本的幾何圖形已在圖1中顯示。當被引導的波長的整數倍數與圓環的圓周相等時，TM方式的共振條件可以達到滿意的效果。TM共振在同一個物理圓環兩次被激發，并且二個簡并方式可以在微帶環型諧振器被觀察到。兩次像這樣的共振可以在同一個物理微帶圓環同時被激發，并且他們在電性上是獨立的，如果一個共振的最大值和另一個共振的最小值相呼應。只有圓環是完全相稱的時候，兩次共振才會以相同頻率發生。雙重模式的濾波器可以使用不對稱的圓環諧振器制造。圖

4、1 新穎的側面耦合環型諧振器我們也介紹一種在微帶飼料線和環型微帶環型諧振器之間的新的交指耦合配置。它影響著共振頻率和電路的品質因數。圖2顯示交叉型電容器。它在插入消耗和回波消耗上損耗非常低，雖然品質因數有一點輕微地下降。一般來說，分裂模式圓環電路的寬松耦合類型由于在第一次共振時90的非對稱接口有高插入損耗。然而，如果采用本文建議的交叉耦合配置，就可以使第一次共振時的高插入損耗大量減少。圖2 帶有四個端口的微帶交叉電容器圖3顯示的是新穎的側面耦合圓環諧振器中對稱的一部分等效電路。我們可以從這些等效部分電路中得到奇偶激勵的輸入阻抗（，）。由，組成的n網絡表示交叉型電容器的等效電路(：每個指針到地面

5、之間的電容，：兩個指針之間的電容，：接線條和地面之間的電容)。通過完成（1）與（2）兩個公式，我們可以獲得傳輸零點和中心頻率的值。 (1) (2)圖3 新穎的雙模微帶環型諧振器的等效電路。(a)偶數方式 (b)奇數方式四、帶有新的交叉耦合配置的微帶環型帶通濾波器圖4顯示一個帶有 (LRS)模式電路和90度不對稱的交叉耦合飼料線的雙模環型帶通濾波器。這個設計，使一個當地共振擾動在期望頻率范圍使用，從而得到相等的分裂模式。然后，獲得雙模特征的不對稱交叉耦合，被應用作為耦合電路。通過增加當地共振分裂阻抗可以從圖3容易地得到圖4的等效電路。為了在低阻塞通帶創造衰減電極，當地共振分裂的寬度如圖4所顯示可

6、以作為控制參數被改變。圖4 當地共振分裂模式電路的雙模環型過濾器。在這種結構中我們所用到的參數值如下所示：圓環寬度，平均圓環外圍，以及交叉電容器的指針對數的數目，。 圖5展示的是計算機的模擬結果。 在圖中我們能夠明顯地看出，這個雙模濾波器展示了非常狹窄的帶寬。在頻率為2.2 GHz的中心頻率處有第一個共振點，此時的帶寬為70 MHz，而此時的插入損失和回波損失分別為-1.39dB和-22.3 dB。圖6顯示了一個新穎的帶有兩個當地共振分裂結構的雙模微帶濾波器。通過應用有45夾角的兩個當地共振部分一和二所產生的擾動，雙重共振方式可以得到。如圖6所顯示，高阻抗區段和低阻抗區段通過加強一個當地共振邊

7、界條件來儲存和分裂開第一共振。圖5 帶有一個當地共振分裂結構的新穎的雙模微帶環型帶通濾波器模擬的頻率特性圖6 受到兩個當地共振分裂模式干擾的一個新穎的雙模微帶環型帶通濾波器在這個結構中我們使用如下的數據參數：圓環寬度，平均圓環外圍，交叉指針對的數目,圖7所顯示的是經過當地共振分裂一和二兩個模式優化后的濾波器所模擬的頻率特性，正如圖7所示，帶有兩個當地共振分裂模式的新穎雙模環型濾波器在窄帶濾波器的設計上展現了良好的性能。在第一個諧振點處的頻率為2.05 GHz，帶寬為75 MHz，此時插入損失和和回波損失分別為-1.0 dB和-26.85 dB。圖7 通過兩個當地共振分裂模式一和二最優化線寬的新

8、穎的雙模微帶環型帶通濾波器的模擬頻率特性五、進行試驗新穎雙模微帶環型帶通濾波器的加工是基于厚度為0.504 mm的聚四氟乙烯（）的基板。微帶寬度選擇在特征阻抗為50處，這樣可以對應于這個環型諧振器的基本諧振頻率2.2 GHz。這些電路可以使用模擬CAD工具進行模擬，其中有HP EEsof Libra ver. 6.1和ADS軟件，并且微波的特性可以通過一個HP851OC網絡分析儀對實際測量的數據進行分析。圖8顯示的是圖4中的帶有一個當地共振分裂的雙模環型濾波器的，在圖中可以明顯的觀察到在以頻率為2.05 GHz的中心頻率處標準插入損耗和回波損耗的值分別為-2.75dB和-19.48 dB。圖9

9、顯示的是圖6中的帶有兩個當地共振分裂一和二的雙模環型帶通濾波器的實驗結果插入損耗和回波損耗，在頻率為2.05 GHz的中心頻率處它們的值分別為-2.12 dB和-19.65 dB。從這些圖中可以看出，測量結果與模擬數據較完美的吻合。帶有兩個當地共振分裂結構的雙模環型帶通濾波器的性能比帶有一個的要好的多。對于帶有兩個當地共振分裂結構的帶通濾波器，在第一個共振點處頻移被認為歸結于耦合電容的加強和通過增加第二個當地共振分裂結構所產生的圓環阻抗的加強。圖8 如圖4中的雙模微帶環型帶通濾波器的實際測量結果。圖9 如圖6中的雙模微帶環型帶通濾波器的實際測量結果當然，在這篇文章中，通過交叉耦合設計微帶環型帶

10、通濾波器可以獲得良好的插入損失特性，而不必用到任何激勵設備或集總原件。在表1總結的是新的微帶環型帶通濾波器的這些實驗性結果和模擬數據的比較。模擬數據測量數據圖4中的微帶環型帶通濾波器圖6中的微帶環型帶通濾波器圖4中的微帶環型帶通濾波器圖6中的微帶環型帶通濾波器中心頻率2.2GHZ2.05GHZ2.2GHZ2.05GHZ帶寬70MHZ75MHZ70MHZ75MHZ衰減-25.44dB-25.85dB-25.32dB-23.24dB插入損耗1.39dB1.0dB2.75dB2.12dB回波損耗22.3dB26.85dB19.48dB19.65dB表1 帶有一個當地共振分裂結構的新的雙模微帶環型帶通

11、濾波器和帶有兩個當地共振分裂結構的新的雙模微帶環型帶通濾波器的實際測量數據和理論模擬數據的比較六、結論對于帶有交指耦合結構和當地共振分裂的這兩種新的類型的微帶環型帶通濾波器我們已經論述了它們的微波特性。這些濾波器顯示了非常良好的插入損耗特性和回波損耗特性同時有十分狹窄的帶寬。這些新的雙模微帶環型濾波器作為小型的開發簡單和高性能微波平面類型濾波器有非常吸引人的結構。 此外，這種濾波器在單片微波集成電路和微波超導電路中是十分有用的結構。七、參考文獻1K.Chang,Mictowave ring circuit and antennas,John Wiley&Son, New York,19

12、96.2L.Zhu and K.Wu,”Line-to-ring couping circuit model and its parametric effects for optimized design of microstrip ring circuits and a-ntennas,”IEEE MTT-S Int.Microwave Symp.Dig.,pp.289-292,June 1997.3D.K.Paul and P.Gardener,”Microwave oscillators and filters based on the microstrip ting resonator

13、s,”IEEE MTT-S Int. Microwave Sym-p .Dig.,pp.83-85,June 1995.4J.C.Lee,C.L.Yeh,C.H.Ho,H.F.Taylor,M.H. Weichold, and K.Chang,“Down-conversion of microwave optoelectric signals in a GaAs microstrip ring resonator,Jpn.J.Apply.Phys.,vol.35,no.10B,pp.L1336-L1338,Oct.1996.5J.S.Hong and M.J.Lancaster,”Micros

14、trip bandpass filter using dege-nerate modes of a novel meander loop resonator,”IEEE Microwave Guided Wave Lett,vol.5,no.11,pp.371-372,Nov.1995.6H.Yabuki,M.Sagawa,M.Mastsuo,and M.Makimoto,”Stripline dual-mode ring resonators and their application to microwave devices,”IEEE Trans. Microwave Theory Te

15、ch,vol.44,no,5,pp.723-729,May 1996.7R.Esfandari,D.W.Maki,and M.Siracusa,”Design of interdigitated cap-aciors and their application to gallium-arsenide monolithic filters,”IEEE Trans.Microwave Theory Tech,vol,31,no.31,pp.57-64,Jan.1983.8M.Guglielmi and G.Gatti,”Experimental investigation of dual-mode

16、 microstrip ting resonators,”Proc. 20th European Microwave Conf.,pp.189-192,June 1993.9U.Karacaoglu,I.D.Robsenbaum,”Mode chart for microstrip ring resonator,”IEEE Trans.Microwave Theoty Tech.,vol.21,no.7,pp.487-489,J-uly 1973.10Y.S.Wu and F.J.Rosenbanm,”Mode chart for microstrip ring resonator,”IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,vol.21,no.7,pp.487-489,Jul-u 1973.