滤波器11-多频滤波器研究-20120523

ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques第11讲多频滤波器设计陈付昌华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所TEL:22236201-604Email:[e-mail]现代射频滤波器理论与设计ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques2/53目录1.引言课题研究意义国内外研究现状及现状分析2.基于阶跃阻抗谐振器的多频滤波器设计3.基于组合谐振器的多频滤波器设计4.基于支节线加载谐振器的多频滤波器设计5.高阶双频滤波器设计6.腔体多频滤波器设计7.结论及下一步工作展望ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques3/531.引言-课题研究意义现代无线通信系统的一个主要发展趋势是多标准、多模式、多频率：低噪放基带处理模块射频滤波器900MHz镜像滤波器混频器中频滤波器中频放大模数转换天线900MHz低噪放基带处理模块射频滤波器1800MHz镜像滤波器混频器中频滤波器中频放大模数转换天线1800MHz多频低噪放基带信号1多频滤波器900、1800MHz多频天线900、1800MHz多频镜像抑制下变频器基带信号2移动通信：GSM，CDMA卫星导航：GPS，北斗无线局域网：WLANResearchInstituteofAntenna&RFTechniques4/531.引言-课题研究意义滤波器是射频前端的关键部件。因此，多频（MultiBand）滤波器的研究也成为射频与无线技术、电磁场与微波技术领域的研究热点020406080100120200420052006200720082009年份论文数量数据来源：WebofScienceResearchInstituteofAntenna&RFTechniques5/53级联宽带带通滤波器和带阻滤波器[1]•尺寸大•设计繁琐[1]L.-C.TsaiandC.-W.Huse,“Dual-bandbandpassfiltersusingequallengthcoupled-serial-shuntedlinesandZ-transformtechniques,”IEEETrans.Microw.TheoryTech.,vol.52,no.4,pp.1111–1117,Apr.2004.1.引言-多频带滤波器国内外研究现状ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques6/53并联两个带通滤波器[2]•尺寸大•设计时需考虑低频滤波器寄生频率对高频滤波器的影响[2]C.-Y.ChenandC.-Y.Hsu,“Asimpleandeffectivemethodformicrostripdual-bandfiltersdesign,”IEEEMicrow.WirelessCompon.Lett.,vol.16,no.3,pp.246–248,May2006.1.引言-多频带滤波器国内外研究现状ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques7/53利用谐振器的寄生频率[3][4]•目前最主要的设计方法•尺寸小[3]S.SunandL.Zhu,“Compactdual-bandmicrostripbandpassfilterwithoutexternalfeeds”,IEEEMicrow.Wireless.Compon.Lett.,vol.14,no.10,pp.644-646,Oct,2005.[4]P.Mondal,M.K.Mandal,“Designofdual-bandbandpassfiltersusingstub-loadedopen-loopresonators,”IEEETrans.Microw.TheoryTech.,vol.56,no.1,pp.150–155,Jan.2008.1.引言-多频带滤波器国内外研究现状仿真结果测量结果频率(GHz)12345670-10-20S参数(dB)-30-40-50-60-70S21S11频率(GHz)123456780-15S参数(dB)-30-45-60-75-90仿真结果测量结果S21S11Z2,2Z1,1Z1,1Z2,2L1L2T'TZ1Z1Z2ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques8/531.引言-多频带滤波器国内外研究现状分析现状分析•在保证滤波器尺寸不显著增加的前提下，现有技术很难做到中心频率和带宽在很大范围内独立可调•耦合结构基本上还是传统的单频滤波器耦合结构，如何能够真正控制多频耦合还几乎是个空白•高阶多频滤波器的实现也几乎是空白•现有设计方法很难从指标综合出多频滤波器,如何能够真正实现中心频率、通带宽度、带外衰减都可控是最终目标ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques9/53目录1.引言课题研究意义国内外研究现状及现状分析2.基于阶跃阻抗谐振器的多频滤波器设计3.基于组合谐振器的多频滤波器设计4.基于支节线加载谐振器的多频滤波器设计5.高阶双频滤波器设计6.腔体多频滤波器设计7.结论及下一步工作展望ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques10/532.基于SIR的多频滤波器的设计-SIR特性111002tanSBSBzffR222242(1)(tan)2(1)tantanzzinzzzRRYjYKRRR两节SIR谐振特性0.511.522.533.54123456fSB1/f0fSB2/f0RZ84210.50.40.30.250.40.50.60.70.800.511.5211.522.533.544.55阻抗比RZ频率比fSB3/f0fSB2/f0fSB1/f0高低阻抗线电长度相等,SIR前两个谐振频率可控高低阻抗线电长度不相等,SIR前两三谐振频率可控ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques11/532.基于SIR的多频滤波器的设计-SIR特性三节SIR谐振特性θθθθθθθT=6θZ3Z3Z2Z2Z12223131222322131232323()tantan()taninZZZZZZZYjZZZZZZZZZ11122110121221012121tantan12tan1ZZZZSBZZZZSBZZZZRRRRffRRRRffRRRR1234561234567fSB1/f0fSB2/f0421210.60.40.20.10.60.40.20.1RZ1RZ2三节抗线电长度相等,SIR前两三谐振频率可控ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques12/532.基于SIR的多频滤波器设计-耦合结构C2C1C1C2C1C1Z0,θ1Z0,θ2谐振器1谐振器2传输路径2传输路径112021tantan=ZC•当出现传输零点时有：伪交指耦合结构•相比Hairpin滤波器，尺寸减小近一半，且通带两侧有传输零点ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques13/532.基于SIR的多频滤波器设计-双频滤波器伪交指两节SIRO/PI/PS122.533.544.555.56-50-40-30-20-100频率(GHz)S21(dB)S1=0.2mmS1=0.4mmS1=0.6mm2.352.42.45-4-205.15.25.3-4-20S1S2S3L1L2L3L4W3W2W1I/PO/P1.522.533.544.555.566.5-50-40-30-20-100频率(GHz)S21(dB)L4=7.6mmL4=9.6mmL4=11.6mm2.352.42.45-4-2055.2-4-20带宽变化带宽变化ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques14/532.基于SIR的多频滤波器设计-双频滤波器伪交指两节SIR例子[5]22.533.544.555.56-60-50-40-30-20-100频率(GHz)S参数(dB)仿真结果测量结果S21S1122.533.544.555.566.5-50-40-30-20-100频率(GHz)S参数(dB)仿真结果测量结果S21S112.4GHz，5.2GHz插损：1.3，1.5dB30mm×24mm2.4GHz，5.75GHz插损：1.5，1.8dB28mm×20mm[5]Q.X.ChuandF.C.Chen,“Anoveldual-bandbandpassfilterusingsteppedimpedanceresonatorswithtransmissionzeros,”Microw.Opt.Technol.Lett.,vol.50,no.6,pp.1466-1468,June.2008.ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques15/532.基于SIR的多频滤波器设计-双频滤波器伪交指两节SIR例子[6]22.533.544.555.56-50-40-30-20-100频率(GHz)S参数(dB)仿真结果测量结果S11S2122.533.544.555.566.5-50-40-30-20-100频率(GHz)S参数(dB)仿真结果测量结果S11S212.4，5.2GHz插损：1.3，1.5dB25mm×25mm2.4，5.75GHz插损：1.2，1.5dB22mm×21mm[6]Q.X.ChuandF.C.Chen,“Acompactdual-bandbandpassfilterusingmeanderingsteppedimpedanceresonators”,IEEEMicrow.WirelessCompon.Lett.,vol.18,no.5,pp.320-322,May.2008.ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques16/532.基于SIR的多频滤波器设计-双频滤波器类螺旋型两节SIR例子[7]•尺寸更小•耦合强，带宽宽1.522.533.544.555.566.5-60-50-40-30-20-100频率(GHz)S参数(dB)仿真结果测量结果S21S112.4，5.25GHz插损：0.7，2.1dB18mm×18mm0.2λg×0.2λg[7]F.C.ChenandQ.X.Chu,“ACompactdual-bandbandpassfilterusingmeanderingsteppedimpedanceresonators,”Microw.Opt.Technol.Lett.,vol.50,no.10,pp.2619-2621,Oct.2008.ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques17/532.基于SIR的多频滤波器设计-三频滤波器伪交指三节SIR例子[8]•根据频率比确定阻抗比123456-60-50-40-30-20-100频率(GHz)S参数(dB)仿真结果测量结果S11S211.57，2.4，5.25GHz插损：1.0，1.2，2.2dB31mm×28mm[8]F.C.ChenandQ.X.Chu,“CompactTriple-bandBandpassFilterUsingPseudo-InterdigitalTri-sectionSteppedImpedanceResonators,”Microw.Opt.Technol.Lett.,vol.50,no.9,pp.2462-2465,Sep.2008.ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques18/53目录1.引言课题研究意义国内