Innovatives Dual-Band-Bandpassfilterdesign

Moderne Kommunikationssysteme verwenden häufig Dual -Band -Bandpassfilter, um verschiedene Betriebsbänder im selben Netzwerk zu isolieren. Die traditionellen Designabmessungen solcher Filter sind relativ groß und erfordern ein zusätzliches kombiniertes Netzwerk für die beiden Filter. Die in diesem Artikel detaillierte Doppelband-Bandpass-Filter-Designmethode kann jedoch sehr gering gemacht werden. Seine Struktur ist relativ einfach und besteht aus zwei asymmetrischen Split -Spiralresonatoren (ASSR), die mit einer Mikrostreifenlinie kaskadiert sind. Aufgrund der inhärenten Spiralgeometrie des ASSR kann der ASSR vollständig in die Mikrostreifenlinie eingebettet werden, sodass die endgültige Entwurfsgröße minimiert werden kann. Dieses Papier analysiert auch dieses innovative Design und validiert diesen Entwurfsansatz mit einem Prototyppaar. Die beiden Doppelbandfilter arbeiten zwischen 1,16 GHz und 1,84 GHz und zwischen 1,80 GHz bzw. 2,45 GHz.

Die Branche hat viele Anstrengungen unternommen, um den Dual-Band-Bandpassfilter zu miniaturisieren. Beispielsweise ist ein Kreuzkupplungsfilter eine relativ effiziente Lösung. Bei dieser Entwurfsmethode wird ein isometrischer Split-Ring-Resonator mit doppelten Resonanzfrequenzgangeigenschaften als Grundlage für die Gestaltung des Filters verwendet. In einem Beispiel wird ein gekoppelter Dual-Band-Bandpassfilter unter Verwendung von vier Resonatoren synthetisiert, und die relativen Positionen dieser Resonatoren müssen sorgfältig abgestimmt werden, um einen geeigneten Kopplungskoeffizienten zu erhalten. Leider führt die Verwendung von vier Resonatoren zu einer verringerten Leistung des Insertionsverlusts und der Schwierigkeit, kompakte Dimensionen (insbesondere Querschnittsabmessungen) zu erreichen.

Ein anderer Ansatz ist die Verwendung eines Open-Loop-Resonators und einen parallelen offenen Stub als Grundlage für die Gestaltung eines kompakten Dual-Band-Bandpassfilters. Hier wurden drei Dual-Band-Filter entworfen und hergestellt, die für die Ablehnung außerhalb des Bandes optimiert sind. In diesen Prototypen kann das zweite Passband gesteuert werden, indem die Position und Länge eines bestimmten parallelen offenen Stubs angepasst werden. Es gibt auch einen mikroplanaren Dual-Band-Bandpassfilter, der auf einem gekrümmten Stufenimpedanzresonator (SIR) basiert. Die Dual-Band-Antwort dieses Filters hängt von den geometrischen Hauptparametern des SIR ab, während die kompakte Größe durch Integration des U-förmigen SIR mit dem neuesten Kopplungsmechanismus erreicht wird. Ein Miniatur-Dual-Band-Bandpassfilter wird auch unter Verwendung einer kombinierten Kopplungsstruktur von Kurz- und offener Viertelwellenlänge-SIR implementiert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese unterschiedlichen Methoden mit zwei Bandfiltern auf eine Basiseinheit mit einem doppelten Resonanzmodus beruhen.

Dieser Artikel enthält verschiedene Designmethoden zum Erstellen kompakter Dualband-Bandpassfilter. In diesem neuen Ansatz besteht der Filter aus zwei kaskadierten ASSRs, die durch Mikrostreifenlinien verbunden sind. Diese ASSRs sind eine verbesserte Version einer einzelnen Ebene -Doppel -Helix -Resonatoreinheit und eines Spiralresonators für Split -Typen. Aufgrund seiner speziellen Geometrie kann dieser ASSR vollständig in die Mikrostreifen-Vorschublinie eingebettet werden, um die entsprechende Komponente mit einer kompakten Querschnittsdimension direkt zu bilden. Im Allgemeinen ist ASSR eine Bandpasseinheit, die mit elektromagnetischer (EM) Kopplung arbeitet. Im aktuellen Design hängt das erste Passband vom inhärenten Passband des ASSR ab, während das zweite Passband durch eine Kombination eines gleichen Impedanznetzwerks von ASSRs und verbundenen Mikrostreifenleitungen erstellt wird. Somit kann das zweite Passband unabhängig vom ersten Passband durch die Länge der angeschlossenen Mikrostreifenlinie als variable Parameter eingestellt werden. Diese Schlussfolgerung wird auch durch Schaltungsmodellanalyse verifiziert.

Basierend auf dieser Analyse haben wir zwei verschiedene Doppelband-Bandpassfilter entwickelt und hergestellt, um die Wirksamkeit der Analyse zu demonstrieren. Nach unserem Kenntnisstand sind diese Doppelband-Bandpassfilter die engsten Filter, die in der gesamten Literatur aufgrund ihrer besonders kompakten Querschnittsabmessungen bisher gemeldet wurden.

Abbildung 1: Das Layout zeigt ASSR (A) und den empfohlenen Dual-Band-Bandpassfilter (B). Dieser Filter verwendet ein ASSR -Paar und eine mit ihm verbundene Mikrostreifenübertragungslinie.

Abbildung 1 zeigt das ASSR-Layout (a) und den empfohlenen Filter (b), der in diesem Dual-Band-Bandpassfilter verwendet wird. Jeder ASSR besteht aus zwei getrennten, asymmetrischen rechteckigen Spiralmustern. Aufgrund der Rotationsgeometrie der rechteckigen Helix kann eine bestimmte Einheit vollständig in die Mikrostreifenlinie eingebettet werden, was zu einer besonders kompakten Querschnittsdimension führt. Somit bleibt das ASSR -Breitband W1 bei 4,6 mm unverändert, was der Breite einer 50 Ω -Mikrostreifenlinie entspricht, die auf dem RT/Duroid 5880 -Substrat (Druckscheibenplatine) von Rogers hergestellt wurde. Die relative Dielektrizitätskonstante dieses Substrats beträgt 2,2. Die Dicke beträgt 1,5 mm. Diese Materialwerte werden auch zur Simulation verwendet. Die Werte für die Abmessungen W3 und W4 sind aufgrund von Einschränkungen begrenzt, die durch Schaltungsherstellungstoleranzen (ungefähr 0,1 mm bei W1 = 4,6 mm) auferlegt werden. Für diese Dual -Band -Bandpassfilter -Designs werden hier die Werte für W3 = 0,6 mm und W4 = 0,3 mm verwendet. In einem gemeinsamen Modell eines gekoppelten Mikrostreifenleitungsfilters unterstützen diese Werte die effektiven Bandpasseigenschaften durch elektromagnetische Kopplung. Diese Vorhersage wird durch die Parameteranalysemethode von L1 (dem Hauptanpassungsparameter des Bandpassfilters) verifiziert, und das Ergebnis ist in Fig. 2 dargestellt.