HFSS分析小型化微带滤波器 .pdfVIP

Ansoft2004年用户通讯-99-

用AnsoftHFSS分析小型化、高带外抑制的

微带滤波器

赵平

上海航天局八0四研究所电子三室200082

摘要：本文用AnsoftHFSS分析小型、高带外抑制的PBG结构的微带滤波器的结构形式和特有的频率

响应特性。

关键词：PBG光子带隙结构AnsoftHFSS微带带通滤波器

1.引言

随着“无线时代”的到来，微波工程师关注于电磁波频谱合理、高效、安全的使用、EMI/EMC问题的解决，小型

化、高带外抑制、低成本、宽带滤波器的研究、应用有着重要的意义。

微波滤波器已成为无源微波元件的主角之一，它不仅能完成本身的任务，而且能代替其他一些微波元件的功能，或者

可把另外一些微波元件看成微波滤波器结构来进行设计，随着新材料、新技术的引入、应用，滤波器的概念“广义化”。

2.滤波器设计

2.1滤波器响应函数类型选择

滤波器特性可用其频率响应来描述，按其特性的不同可分为低通

滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。图1中是以带通滤波

器为例的滤波器响应，图中横坐标是归一化频率f，纵坐标是工作衰减

（简称“衰减”）或插入衰LA。

图1中所示三种函数滤波器的传输特性，观察可知不同点在于传

输零点的位置：Chebyshev函数滤波器传输零点在无限远处，

Elliptic函数滤波器传输零点在有限特定频率且阻带呈现等波纹特图1带通滤波器的频率响应

性，Quasi-Elliptic函数滤波器将hebyshev函数滤波器和Elliptic

函数滤波器的特性“融合”在一起：即保留了无限远处的零点，又有一对传输零点在特定频率。

由此分析，可得出关于滤波器类型选择的依据：

为了满足通带的插入损耗带外隔离，应选级数较少的滤波器，相应的级数较少的滤波器的Q值也低；

通带边沿的插入损耗期望等同于通带中心频率的插入损耗，在Elliptic函数滤波器、Quasi-Elliptic函数滤波器中

通带边沿的插入损耗受截至频率附近的传输零点影响较大；

Chebyshev函数滤波器和Elliptic函数滤波器、Quasi-Elliptic函数滤波器相比，虽然带外隔离较好，但在靠近

通带边沿处比选择性差；虽然可以通过增加级数提高选择性，但同时带内插入损耗也增加；

Elliptic函数滤波器在靠近通带边沿有较高的选择性，但是相对于Quasi-Elliptic函数滤波器，它的带外隔离较

差；

Elliptic函数滤波器应用分布元件较难实现，而Quasi-Elliptic函数滤

波器却较之容易满足设计要求。因此，Quasi-Elliptic函数是微带滤波器较佳

的函数类型。

2.2滤波器的结构选择

滤波器采用微带线结构，在尺寸和加工方面满足了工程上器件小型化、低

成本的要求，在人们长期的探索、研究后，引入了Photonicbandgap(PBG)概

念，新颖的微带滤波器具有了高带外抑制、小尺寸(PBG单元小于二分之一、四

分之一甚至十分之一波导波长（1GHz-3GHz已广泛使用)的优点，缺点是通带

插入损耗在1dB左右。下面就简要描述一下PBG材料、结构的概念和结构形式。图21994年Alumina构建的光子晶格

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PBG的概念最早由Yablonovitch在1987年提出，主要是想构造人造晶体及其缺陷，在频带内(最初是在光学频带，

而后发展为微波乃至声学频带)形成带隙，形成各种巧妙的器件。这样的人造周期性结构的材料会影响甚至改变金属、介质

有电磁特性，新颖的PBG结构在天线、滤波器及其它器件方面有更大更多的应用。图2是