紧凑Bandstop过滤器扩展通频带上

文摘

提出了新的紧凑bandstop过滤器(bsf)扩展通频带上。在基本滤波器配置中,传统的四分之一波长open-stub谐振器替换为等效双节的阶梯阻抗谐振器。输电线路分析是用来确定的尺寸等效阻抗部分。过滤器结构分析使用一个全波电磁(EM)模拟器,然后意识到2.3 GHz乐队。实验也验证完成的性能设计理念。相比与传统quarter-wavelength-based bandstop过滤器,上通频带的重要扩展超出9 GHz,大小减少40%。另外两个变化提出基本的生物沙子饮用水过滤系统进一步破碎(超过60%)是实现和测量性能进行了验证。

1。介绍

Bandstop过滤器(bsf)是关键的基础在现代射频/微波通信系统。这种过滤器主要作用过滤掉不需要的信号和传递所需的信号。在射频/微波系统中,有源设备,如振荡器、混频器、系统地紧随其后的是带通/ bandstop过滤器来消除谐波和其他寄生信号。生物沙子饮用水过滤系统已经发现许多应用程序在微波/毫米波系统众多组件包括天线共用器和交换机组成的生物沙子饮用水过滤系统。此外,可以用作生物沙子饮用水过滤射频(RF)窒息进行偏置电流和抑制射频传输其低阻带(1- - - - - -4]。

微带电路,一般来说,特别是过滤器有低成本的优势,重量轻,易于实现。传统的微带净水器(2- - - - - -4)是由并联开路谐振器与连接四分之一波长长,线也四分之一波长长。传统bandstop过滤器,包括输电线路或均匀分布的元素遇到严重限制的程度上通频带施加的周期性分布的元素。这将导致重复的阻带奇怪的基本阻带中心频率的倍数。Bandstop过滤器与四分之一波长谐振器给first-upper阻带中心频率位于基本阻带的三倍。许多努力都有助于提高和控制大小,拒绝带宽,通频带的微带bandstop过滤器(4- - - - - -7]。在[8),现代合成技术是用来设计一个扩展通频带上出发谐振器commensurate-line微波bandstop过滤器可能集中元素。上阻带中心频率已延长到六倍基本阻带中心频率由一个新的设计过程,利用耦合线路配置与开放存根被加载电容所取代。最近,这一比率已经提高到18次变现元素值的主要阻带(9]。的基本设计(9),谐振器由相应的开路(OC)和短路(SC)存根使用耦合通过逆变器。逆变器,然后转化为适当数量的单位元素(问题),增加过滤器的程度,有利于滤波器响应大大优化。l型电感加载和加容平行耦合线(PCL)谐振器提出了尽可能配置新的banstop滤波器设计的。执行优化达到高度的目标响应过滤器。问题影响过滤器的总数总长度以及所需的PCL谐振器的阻抗值。实现这种滤波器电路的主要限制似乎来自集总电容应该操作的实现有针对性的上边缘频率。

传输0生物沙子饮用水过滤系统由分布式谐振器的基本电路形态滤波器的阻带响应(1,2,9,10]。在此基础上,提出了新的形状结构紧凑bandstop过滤部分。提出设计删除重复odd-multiple共振限制使用非均匀电长度短的阶梯阻抗谐振器。这些简单的filter-configurations没有集中元素的有更多的自由度为加强谐振器的尺寸和完成上层通频带宽。这些结构特点体积小生物沙子饮用水过滤系统,避免使用卖空存根或通过洞。所需的操作是通过使用了阻抗的部分(11,12]。每个分支与四分之一波长的长度转换为它的等效双节的阶梯阻抗的部分。了基本的过滤器配置将会显著减少40%以上面积大小。该滤波器结构经典除了扩展通频带宽阻带地区。为了便于提出了基本的设计滤波器,封闭的形式进行描述利用传输线的分析了阻抗部分。的最终布局基本滤波器结构设计基于这些公式,然后分析了利用全波电磁(EM)模拟器。验证设计理念,微带bandstop滤芯展示扩展FR4基板上实现通带操作(、厚度毫米)在2.3 GHz乐队。测量结果与理论结果在一个很好的协议的排斥和通频带操作提出了结构。另外两个变种提出基本的阶梯阻抗实现60%以上的生物沙子饮用水过滤表面破碎模拟和实现及其测量确保其良好的性能而契约生物沙子饮用水过滤系统。这些过滤器结构可以用作独立简单bandstop过滤器或部分高阶多节滤波器。

2。分析

传统的microstrip-based bandstop过滤器可以从低通滤波器(LPF)原型。始于n-section设计低通滤波器的并联电容和导纳逆变器(1,9,10)如图1。一个合适的频率变换(1,10)转换滤波器原型电路的并联电容器的串联谐振电路基本频率可以由开路微带实现存根,如图2。所有存根和传输线逆变器连接相应长度的存根在中心频率bandstop的过滤器。

LP模型分布式元素生物沙子饮用水过滤系统映射导致电路由OC和SC存根和理想的逆变器,有效地使用中描述(9]。这种转变将并联电容器转换成并联臂系列OC和SC存根。SC系列组合,OC存根形式分布的有限传输零点的谐振器(保税区)滤波器的阻带形状。谐振器(保税区)也可以由平行组合系列武器(SC和OC存根的9]。open-stub四分之一波长谐振器的使用使阻带行为重复的中心频率的奇数倍的基本反应。特别是最近的虚假的阻带位于基本阻带的三倍。

图3描述了一段传统的分布式微带净水器(2- - - - - -4]。在目前的工作中,每一个四分之一波长open-stub部分转化为常规BSF的stepped-impedance形状的输电线路部分。走(形状)输电线路模型如图2由两个连接系列的输电线路部分。之间的等效均匀四分之一波长长open-stub部分和非均匀了阻抗部分研究利用传输线理论。

让和表示的有效电长度线和分别的特征阻抗。调查了阻抗部分的输入阻抗共振,下列方程可以推导出8,11]: 在哪里等于。设计曲线绘制在图3为不同的值。给出了谐振器的总电长度 有人指出(统一谐振器)、总电长度是90^°的总长度不均匀的谐振器阻抗率降低减少。四分之一波长制服谐振器将产生共鸣的基本频率和重复基本频率的奇数倍而非均匀阶梯阻抗谐振器将有效地消除这种共振(奇怪的倍数)重复。

实际实现微带线的特性阻抗应该是有界的。因此,必须在相应的实际阻抗比范围。

利用(1),第一个寄生频率可以推导出阶梯阻抗谐振器的自平等会重复在每个杂散的频率。比第一个虚假响应中心频率取决于阻抗比的值以及stepped-sections电长度。图6说明了控制第一寄生频率的阻抗比为不同的值在图7比较传统的频率响应和修改(基于谐振器,和θ₁= 25^°)生物沙子饮用水过滤系统。从这些数据体现,阻抗越小比K,更广泛的上部通频带地区紧凑的生物沙子饮用水过滤系统。从这些数据中推断出,可重入的反应在一个可实现的单级阶梯阻抗谐振器可以被推迟到中心频率的8倍。

调查图5的关系和为不同的值K的对称性和值的行可以注意到。这允许交换的优势和不改变阻抗值和,保持K不变。这种优势给了另一个自由度在选择适当的线的长度根据几何约束。在下一节中,设计和实现了阻抗生物沙子饮用水过滤系统在不同配置利用上述分析与数值优化,以弥补边缘和邻近效应。紧凑的设计,下面的参数选择,因此。

3所示。设计、仿真和实验结果

设计一个紧凑的净水器是2.3 GHz的乐队。基于前面概述了设计程序滤波器参数θ₁= 18^°,θ₂= 36^°。设计的生物沙子饮用水过滤系统使用全波电磁仿真软件包,然后意识到FR4基板(毫米)。图8显示的布局设计的生物沙子饮用水过滤系统。进一步优化产量所需的性能进行了。更广泛的低阻抗传输线部分带内部过滤器内部空间来节省空间,然后进一步优化的尺寸数值进行过滤部分。逆变器部分阻抗调谐改善上部通频带的回波损耗。装配式bandstop过滤器减少导致超过40%的大小相比传统all-quarter-wave length-based过滤器。

意识到净水器过滤的测量结果与仿真结果图9。从图9很明显,测量结果与模拟结果在一个很好的协议。拒绝带,测量耦合维护一个非常低的值与反射系数约46−dB在其最大值1分贝左右。在通频带,耦合内(−2 dB)在扩展通频带宽9 GHz。其实,更高频率的轻微loss-increase显然是归因于小质量FR4基板的频率高于2 GHz。仿真结果表明几乎完美的插入损耗在整个扩展通频带。的反射系数维护一个值小于−13 dB扩展通频带。拟议的小型净水器没有重复的阻带在操作频率和奇怪的倍数,因此,演示了一个well-extended通频带地区多达9 GHz增强性能的插入损耗和回波损耗值。

第二个净水器配置类似于第一个但系列90^°线形状和弯曲部分的长度和交换有一个更好的空间利用率。更优化的应用来弥补边缘不连续和邻近耦合结构的影响。这个配置如图10特耐用衬底上实现(基板厚度毫米,损耗角正切)。图11演示了这种形状的配置的良好性能所提出的模拟和测量参数的生物沙子饮用水过滤系统结构。和保持很好的价值观在阻带和通带。

第三配置研究和实施在2 GHz的图12。这个配置有直接(粗制的)系列线但较短的长度。系列分支的长度保持在52^°在这个结构得到超过30%额外的表面减少生物沙子饮用水过滤系统的设计。本系列较短的影响线的生物沙子饮用水过滤系统的性能是无关紧要的。较慢(平滑和宽)的下降传输零点后是唯一明显的这一修改,如图的效果13。这种效果是完美的传播行为所代表的补偿值通带地区的生物沙子饮用水过滤系统。

给出的三个结构可分为基本section-forms中等stop-bandwidth过滤器。更好的性能在更深的拒绝和更广泛的拒绝带宽可以通过级联滤波器结构相同的阶梯阻抗部分但电路规模和复杂性的增加。数值优化整合multisection过滤器的存根以及单元元素是设计用于获得成功所需的插入损耗和拒绝带宽(8- - - - - -10]。

4所示。结论

本文分析和设计新的紧凑bandstop过滤器与宽通带上部地区扩展。基本设计配置使用了阻抗的变换部分open-stub四分之一波长谐振器的滤波器没有短路存根,集中元素,或通过洞。实用和简单的设计过程进行描述。基本的设计紧凑bandstop过滤器扩展通频带上检查使用全波电磁软件模拟器,然后意识到在FR4基板上。实现基本的滤波器结构的测量是一个非常好的协议与模拟结果和证明的质量提出了设计。另外两个的变化这一基本走阻抗生物沙子饮用水过滤系统设计完成60%以上实现破碎和测量。模拟和测量这些减少大小的生物沙子饮用水过滤系统证明其良好的性能而契约生物沙子饮用水过滤系统。提出的设计可以作为独立的简单的生物沙子饮用水过滤系统或过滤部分可以级联multisection bandstop滤波器优化配置。

承认

这项研究支持的研究中心在沙特国王大学工程学院在格兰特38/429。

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