X波段发夹型带通滤波器设计
1984年创刊(双月刊)
ISSN 1009-3664      CN 42-1380/TN

X波段发夹型带通滤波器设计
作者:黄应千,胡天涛 日期:2018-08-30 

X波段发夹型带通滤波器设计
黄应千,胡天涛
(贵州航天计量测试技术研究所,贵阳 550009)
摘要:发夹型微带滤波器由于结构简单、尺寸紧凑、工作性能稳定等特点而在微波通信系统中得到广泛应用。文中通过介绍发夹型滤波器的理论计算,结合ADS进行优化仿真,设计了10.8GHz-12GHz带通滤波器。最后通过实物测试,滤波器在中心频率、带宽、带外抑制方面,实测结果和ADS版图仿真基本一致。
关键词:带通滤波器、发夹型、x波段
Design of x-band hairpin bandpass filter
Abstract: hairpin microstrip filter is widely used in microwave communication system because of its simple structure, compact size and stable working performance. In this paper, the 10.8GHz-12GHz bandpass filter is designed by introducing the theoretical calculation of hairpin filter and the optimization simulation of ADS. Finally, through physical testing, the  measurement results are basically consistent with ADS  simulation in the aspects of central frequency, bandwidth and off-band suppression.
Key words: band pass filter, hairpin type, x band

微波滤波器作为一种重要的选频器件,已经应用在任何类型的微波通信、雷达测试或者是测量系统中[1]。目前常用的微波滤波器结构有:平行耦合线结构;交指型结构;梳状线结构;发夹型结构等[2]。发夹型滤波器耦合线终端开路,无需过孔接地,减小了误差,而且具有高带外抑制性能。
本文根据滤波器设计基本原理,通过ADS软件仿真、优化,设计了通带为X波段(10.8GHz-12GHz)的微带发夹型滤波器,介绍了微带滤波器的设计方法。
1 滤波器设计原理
发夹型滤波器通过半波长的u型谐振单元排列而成,每个谐振器臂长约为1/4波长,采用抽头线的馈电方式[3]。发夹型滤波器的性能主要由谐振器臂长、谐振单元间距、线宽和抽头位置来决定[4]。
1.1滤波器参数计算
滤波器设计指标:通带为10.8GHz-12GHz,在8GHz处衰减大于60dB,13.5GHz处衰减大于45dB,基板选用Rogers R04350。
滤波器参数计算流程如图1所示。

图1 滤波器参数计算流程
1.2计算步骤
滤波器中心频率为11.4GHz,带宽为1.2GHz。相对带宽δ=1.2/11.4=10.5%。滤波器在8GHz处的衰减大于60dB。
8GHz归一化以后的低通形式为
ω= 1/δ (8/11.4-11.4/8)=-6.89(1)
13.5GHz归一化以后的低通形式为
ω= 1/δ (13.5/11.4-11.4/13.5)=3.24 (2)
根据归一化后的低通形式和衰减值查表确定滤波器阶数,根据阶数确定滤波器元件值。
耦合传输线奇模偶模和奇模线阻抗为
Z_0e=Z_0 [1+JZ_0+〖(JZ_0)〗^2] (3)
Z_0o=Z_0 [1-JZ_0+〖(JZ_0)〗^2] (4)
其中倒相器常数ZJ_n计算公式为:
Z_0 J_1=√(πδ/(2g_1 ))  (5)
Z_0 J_n=πδ/(2√(g_(n-1) g_n )),n=2,3,…,N  (6)
Z_0 J_(N+1)=√(πδ/(2g_N g_(N+1) ))  (7)

其中N为滤波器阶数,g_1,g_2,…,g_(N+1),为滤波器元件值。
2发夹型滤波器设计
2.1设计指标
滤波器通带为10.8GHz-12GHz,在8GHz处衰减大于60dB,13.5GHz处相对衰减大于45dB。基板选用Rogers R04350,板厚为0.254mm,介电常数为3.48。
2.2滤波器结构
根据指标,以及通过查表确定了7阶等纹波元件值。g_1 〖=g〗_7=1.7372,g_2 〖=g〗_6=1.2583,g_3 〖=g〗_5=2.6381,g_4=1.3444,g_8=1。

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