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利用HFSS分析Ka波段慢波微带带通滤波器

时晶晶

【摘要】介绍了一种新型的Ka波段微带带通滤波器.对这种滤波器进行了分析,推

导了滤波器产生慢波效应的机理.该滤波器通过加载电容而出现慢波效应,使得在不

改变电路性能的情况下,减小了电路尺寸.同时由于电路中加载电容形成的慢波效应

而出现了带阻效应,因此对谐波有很好的抑制作用.利用软件HFSS仿真分析并设计

了这种新型的加载电容型Ka波段微带带通滤波器.

【期刊名称】《合肥师范学院学报》

【年(卷),期】2010(028)006

【总页数】3页(P31-33)

【关键词】HFSS;带通滤波器;慢波效应;Ka波段;加载电容

【作者】时晶晶

【作者单位】合肥师范学院,物理与电子工程系,安徽,合肥,230061

【正文语种】中文

【中图分类】TN713+.5

随着毫米波技术在无线通讯和雷达系统中应用的不断增多,对电路尺寸小、制作简

单的毫米波带通滤波器的需求也日益增加。由于微带在平面制图和制版上的方便,

且易于和别的电路集成,因此尽管微带的损耗大,Q值低,结构不易调整,其某些指标

(如通带损耗和阻带衰减)较低于其他形式的滤波器,但微带带通滤波器仍在毫米波频

段得到了广泛的应用。常见的微带带通滤波器结构有平行耦合、端耦合、发夹式、

梳状型和交指型等,这些结构都是通过耦合线实现的。在以上各种结构的滤波器电

路中,平行耦合结构由于其纵向长度大约只有端耦合长度的一半,且耦合缝更宽,在综

合设计得到所要求的原型滤波器参量时,有比较大的结构灵活度,适应的频带范围也

较宽,这些特点使得这种结构的滤波器有着较强的工程应用潜力。但传统的平行耦

合和端耦合结构尺寸太大,发夹式、梳状型和交指型等结构对工艺要求高,因此迫切

需要一种新结构[1]。本文提出了一种新型的微带带通滤波器结构,该滤波器通过加

载电容而出现慢波效应,从而在不改变电路性能的情况下,减小了电路的尺寸。

首先我们分析如图1所示的电容负载无耗传输线谐振器电路,CL是负载电容,Zβ、

βα和d是无负载线的特性阻抗、传播常数和物理长度。电长度θα=βαd,1图所

示的电路图可以表示为[2]

A、B、C、D是传输矩阵的网络参量,同时满足ADBC=1的条件。

当I1=I2=0时,对于非零的V1和V2,

将(7)和(8)式代入(4)式,再根据(5)式得到的C=0得

上面两式变形得

从(11),(12)式可以看到当CL=0时θα0=π和θα1=2π,这是无载半波长谐振器。

当CL≠0时,谐振频率随着负载电容的增加而减小,于是产生了慢波效应。如果电容

CL呈周期性的增大,不但可以减小电路尺寸,而且还具有带阻特性,对一些频率的抑

制有很好的作用。

根据上述分析,我们设计了一种新型的Ka波段加载电容型微带带通滤波器。图2

是该滤波器的结构和尺寸,图3是其谐振单元[3-5]。

在HFSS中建立一个微带滤波器的三维模型:

第一步:建立HFSS模型

模型包括了如图2结构的铜箔和厚度为0.254mm,相对介电常数为2.2的Rogers

RT/duroid5880(tm)介质基板,铜箔厚度:0.018mm。如图4所示。

第二步:定义端口、边界条件

HFSS模型端口位置如图4所示,端口定义为50欧姆的波导端口;微带板的上层空间

定义为空气盒。

第三步:分析扫描设置

在Analysis中设置Steup1,将Solution的频率设为33GHz,稍大于微带中心频率;

将扫频Sweep的范围定为25-40GHz,步长0.1GHz,扫频类型设为Discrete,设置

截面如图5所示。

仿真运行后得到图6所示的结果,由图可见,此滤波器的中心频率为32GHz,3dB相

对带宽22.67%,插入损耗0.45dB,带内起伏0.22dB。

利用Agilent8757DScalarNetworkAnalyzer测试滤波器结果如图7所示,结果

包括了两个耦合探针微带到波导的过渡。

在加载电容型毫米波微带带通滤波器的研究中,主要是应用HFSS进行软件仿真分

析,在计算速度上大大得到提高。通过软件仿真得到的技术参数和性能指标与实际

测试结果吻合良好,说明了这种软件的优越性和精确性,为系统研究和开创性探讨提

供了方向和指导[6]。

【相关文献】

[1]喻梦霞,徐军,陈建新.新型毫米波