【摘要】：提出一種具有帶寬增強(qiáng)特性的新型梳狀濾波器。該設(shè)計的新穎性在于提出了在梳狀結(jié)構(gòu)中加入孔耦合結(jié)構(gòu)。在相同的耦合縫隙下,該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的耦合系數(shù)大小相比傳統(tǒng)梳狀耦合成倍增大,從而達(dá)到拓寬帶寬的效果。此外,研究發(fā)現(xiàn)孔耦合結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)縫隙耦合結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的加工容忍度。為了驗證所提出的結(jié)構(gòu),設(shè)計、制造并測試了一款具有帶寬增強(qiáng)效果的梳狀濾波器,測試結(jié)果與仿真吻合。測試結(jié)果表明,在相同尺寸的耦合縫隙的情況下,相對帶寬由傳統(tǒng)梳狀濾波器的5%提高到了17%。
【圖文】：

程中都可以很精確地得到。并且，通過化學(xué)電鍍技術(shù)以及銀導(dǎo)電漿烘干技術(shù)可以既便捷又精確地實現(xiàn)通孔的金屬化。金屬化通孔通常被當(dāng)作一個短路引線，應(yīng)用于多層電路板中不同層面的連接，例如，傳輸線的接地或者布線的需要。另外，，在共面集成波導(dǎo)(substrateintegratedwaveguide，SIW)電路中，金屬化通孔被用作為金屬墻壁，形成電壁，從而實現(xiàn)SIW腔體結(jié)構(gòu)［8］。本文中使用金屬化通孔作為一種耦合結(jié)構(gòu)，可用于實現(xiàn)微帶諧振器之間的耦合，并且將孔耦合與傳統(tǒng)縫隙耦合進(jìn)行對比，證明了孔耦合的優(yōu)勢。諧振器耦合結(jié)構(gòu)如圖1所示。最簡單的縫隙耦合是2個終端開路的諧振器之間的縫隙耦合。其中，Ｒ1/Ｒ2為諧振器模型;w為諧振器寬度;g為縫隙寬度。類似地，由圖1b可見，孔耦合可以通過2個終端短路的諧振器共享同一個金屬通孔來實現(xiàn)，其中，d為金屬化通孔的直徑。在耦合諧振理論中，耦合系數(shù)(couplingcoefficient)是對諧振器間耦合量的唯一定量描述。圖1諧振器耦合結(jié)構(gòu)圖解Fig．1Diagramoftheresonatorcoupling根據(jù)耦合諧振理論［9］，2個相同諧振器之間的耦合系數(shù)可以被提齲M=±f2p2－f2p1f2p2+f2p1(1)(1)式中:M為孔耦合與縫隙耦合的耦合系數(shù);fp1和fp2分別為當(dāng)2個諧振器耦合時仿真出的諧振頻率。由(1)式可以得到，M與歸一化寬度w/h和標(biāo)準(zhǔn)化寬度d/h的關(guān)系如圖2所示，其中，h為介質(zhì)基板厚度。根據(jù)比較，可以得到以下結(jié)論。1)加工容忍度大。當(dāng)w/h固定時，孔耦合隨著d/h的增加而適當(dāng)?shù)仄交瑴p少。但是，縫隙耦合在強(qiáng)耦合區(qū)域急速下降(尤其是當(dāng)g/h低于0．3時)，但是在弱耦合區(qū)域下降緩慢。這意味著在強(qiáng)耦合區(qū)域，孔耦合的加工容忍度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于縫隙耦合。這種情況與在弱耦合區(qū)域正好相反。

同時具有孔耦合和邊緣耦合。其中，w'和l'為該諧振器寬度以及長度，并且固定，耦合系數(shù)的調(diào)整是根據(jù)耦合縫隙寬度g'和孔耦合直徑d'的變化。λ/4諧振器之間的邊緣耦合以磁耦合占主導(dǎo)。因此，在短路端加入同為磁耦合的孔耦合結(jié)構(gòu)后，其耦合系數(shù)會被提高。圖3給出了帶寬增強(qiáng)諧振器的耦合系數(shù)與g'/h和d'/h之間的關(guān)系。虛線代表沒有孔耦合的傳統(tǒng)邊緣耦合λ/4諧振器，帶有符號的實線則代表了在不同通孔直徑下，即具有孔耦合增強(qiáng)的耦合系數(shù)。由圖3可知，帶寬增強(qiáng)結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)擁有較大的耦合系數(shù)，能夠有效地增大帶寬。圖2孔耦合和縫隙耦合的耦合系數(shù)M與歸一化寬度w/h和標(biāo)準(zhǔn)化寬度d/h的關(guān)系Fig．2CouplingcoefficientsMversusnormalizedwidthsw/handnormalizeddiametersd/hforvia-couplingandgap-coupling3帶寬增強(qiáng)梳狀濾波器設(shè)計基于上述帶寬增強(qiáng)理論，本文旨在設(shè)計一款具有Chebyshev響應(yīng)的帶寬增強(qiáng)效果的梳狀濾波器，其階數(shù)為三階，紋波為0．04dB，中心頻率為2．4GHz，目標(biāo)相對帶寬(fractionalbandwidth，F(xiàn)BW)為17%�；谏鲜鰲l件，設(shè)計并加工了一款具有帶寬增強(qiáng)性質(zhì)的梳狀線濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖4a所示;為了通過比較證明其帶寬增強(qiáng)的效果，同時設(shè)計并加工了一款傳統(tǒng)邊緣耦合梳狀濾波器，如圖4b所示。圖3提取的帶寬增強(qiáng)諧振器的耦合系數(shù)(插圖為該諧振器仿真結(jié)構(gòu))Fig．3Extractedcouplingcoefficientsofthebandwidth-en-hancededge-coupledquarter-wavelengthresonators(Thein-setconfigurationisthesimulatedstructureoftheresonator)圖4本文設(shè)計的濾波器以及傳統(tǒng)濾波器梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)圖Fig．4Layoutoftheproposedcomblinefilterusingvia-couplingstoenhancetheedge-coupling，andthetraditionalcomblinefilter第6期蔡?

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