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1、2 0 0 5 。全国微波毫米波会议论文集 一种新型多层带通滤波器的设计 张文剑李征帆 ( 上海交通大学电子工程系，上海2 0 0 0 3 0 ) 摘要本文提出了一种新型的集中滤波器电路。该滤波器能够抑制谐波，并改善阻带 特性，可以用L T C C 或者P C B 等多层电路技术实现。文中给出了切比雪夫二阶滤波器 的设计公式并给出了个设计实例及其结果。 关键诃带通滤波器多层谐波抑制 1 引言 滤波器在射频系统中扮演着重要的角色。近年来无线通信迅速发展，对滤波器的要 求也越来越高：性能高、尺寸小、重量轻、成本低。在通信系统中，通常要求滤波器能 够抑制谐波，并月具有较好的阻带特性，咀提高系统的整体
2、性能。在传输线滤波器中加 入电子带隙( E B G ) 1 1 或者缺陷接地结构( D G S ) 【2 町以抑制谐波，展宽阻带，但是 这样的滤波器尺寸较大，不利于集成。用多层电路实现的集中滤波器体积较小，布线灵 活，适台集成到系统中【3 - 4 1 。 2 设计理论 图l 集中滤波器电路图2 变换后的滤波器电路 图1 给出了集中带通滤波器的电路模型，该电路在E 阻带具有两个估输零点 6 】，其 中一个零点可以用来得到更陡的过渡带，另一个可以用来抑制谐波，同时展宽阻带。为 5 7 0 2 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集 了简化设计我们把图l 所示电路变换到图2 所示电路，可以根据电路理论
3、很方便的得 到其元件值的对应关系 5 。两个传输零点为 红1 2 面i 啦22 1 鬲 叫山z 2 L ，2 对于切比雪夫二阶带通滤波器，假设设计参数包括：通带中心频率( ) ，带宽 ( w ) ，通带波纹( L m ) ，传输零点( 哆l ，哆2 ) 和端口负载( G ，G B ) ，我们可蛆 首先得到其全部的电路参数 7 】，然后用多层电路实现各个元件。 3设计实例及结果 我们设计了一个2 4 G H z 的带通滤波器，其设计指标为：f o = 2 4 G H z 正l = 3 1 G H z ，六2 = 4 8 G H z ，L ，= 0 1 d B ，W = 5 ，相应的电路元件值为
4、C o l = 0 8 2 p F ，C 2 3 = 0 5 8 p F ，C 1 = l p F ，C 2 = 2 p F ，L ：l = 2 6 4 n H L ：2 = 0 , 5 5 n H ，L t = 1 4 4 n H ，L 2 = 1 4 1 n i l ，M = O 1 5 n H 。图3 给出了电路模型 的S 参数。 图3电路模型的s 参数图4 多层P C B 实现的滤波器 然后我们把图1 中的集中元件在五层P C B 中实现，其三维图形如图4 所示。介质 采用普通的F R 4 ，介电常数为4 8 ，每层介质厚度为O 3 n n n 。 最上层( 即第一层) 和最下层( 即
5、第六层) 是接地层，中间四层是布线层。集中电 5 7 l 2 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集 容用平板电容来实现，由于电感量较小，用半圈或者圈带状线即可实现集。l J 电感。图 5 - 8 给出了中间四层的布局图。 _ - 1 1 图5 第二二层布局图6 第三层布局图7 第四层布局图8 第五层布局 由于在多层布局中，元件之间相互重叠，带来了很大的寄生效应，得到各元件的初 始尺寸之后，还必须对其进行全波电磁场仿真，以得到准确的结果。首先调整电感L ， 和L 的尺寸和位置，将滤波器的通带中心移到24 G H z ，初步得到较好的通带插损，然 后调整C o I 和c 2 ，的尺寸，改善端口的驻
6、波比，然后对整体布局进行优化以满足所有指 标。图9 给出其全波电磁场仿真结果。该滤波器大小为1 9 2 m mx1 6 4 m mX1 5 m m 。 7 事 _ 奄。矿t 牲双口1 ”- - O - 弋 ? j - I ；j 、 霉 l 酽 | j V 图92 4 G H z 带通滤波器的全波仿真结果 4 总结 本文给出了一种新型的集中滤波器的设计公式以及其在多层电路中的实现。从仿真 结果可以看出，该滤波器可以抑制谐波，展宽阻带。同时其结构紧凑，布局灵活，体积 很小，可以很方便的集成到系统中。 5 7 2 i4一e 2 0 0 51 全国微波毫米波会议论文集 参考文献 【1 T K i ma
7、 n dC S e o ，“An o v e lp h o t o n i cb a n d g a ps t r u c t u r ef o rl o wp a s sf i l t e ro fw i d e s t o p b a n d ，”I E E EM i c r o w a v eG u i d e dW a v eL e t t ，v o l ，1 0 ，P P 1 3 - 1 5 ，J a n 2 0 0 0 2 1 JS ，P a r k ，J S Y u na n dD A h n ，“Ad e s i g no f t h en o v e lc o t t p l
8、 e d - l i u eb a n d p a s sf i l t e ru s i n g d e f e c t e dg r o u n ds t r u c t u r ew i t hw i d es t o p b a n dp e r f o r m a n c e ，”I E E ET r a n s M i c r o w a v e T h e o r yT e c h ，v 0 1 5 0 ，p p 2 0 3 7 2 0 4 3 ，S e p 2 0 0 2 【3 1A S u t o o o ，J L a s k a r ，a n dW R ，S m i t h
9、 ，“D e v e l o p m e mo f t h r e ed i m e n s i o n a lB l u e t o o t h i m a g er e j e c tf i l t e r , ”i n E E EM r r - Sl o t M i c r o w a v eS y m p D i g ，v o lI ，B o s t o n ，M A ， 2 0 0 0 ，P P 3 3 9 3 4 2 4 】AS u t o n o ，J L a s k a r ，a n dW R ，S m i t h ，“D e s i g no f m i n i a t u
10、r em u l t i l a y e ro n - p a c k a g e i n t e g r a t e di m a g e - r e j e c tf i l t e r s ，”I E E ET r a n sM i c r o w a v eT h e o r yT e c h ，v 0 1 5 1 ， P P ，1 5 6 1 6 2 【5 L K Y e u n g ，a n dK L w u ，“Ac o m p a c ts e c o n d - o r d e rL T C Cb a n d p a s sf i l t e rw i t l lt w o
11、f m ；t et r a n s m i s s i o nz e r o s , “ I E E ET r a m 。M i c r o w a v eT h e o r yT e e h ，v 0 1 5 1 ，p p 3 3 7 3 4 1 6 】W Y L e u n g ，K K MC h e n g ，a n dK L w l l “D e s 培na n di m p l e m e n t a t i o no f L T C Cf i l t e r s w i t he n h a n c c ds t o p - b a n de h a r a e t e r i s
12、 t i c sf o rB l u e t o o t ha p p l i c a t i o n s ”A s i a - P a c i f i c M i c r o w a v e C o n f e r e n c e ，v o l ，1 - 3 ，P P 1 0 0 8 1 0 l l ，D e c 2 0 0 t 。 7 7G L M a t t h a e i ，L Y o u n g ，a n dE MT J o n e s ，M i c r o w a v eF i l t e r sI m p e d a n c eM a t c h i n g N e t w o r k sa n dC o u p l i n gS t r u c t u r e s N e wY o r k ：M c G r a w - H i n ，1 9 8 0 ，C h a p t e r8 5 7 3
