HFSS的2.4GHz微带带通滤波器设计(3)
近些年来，结合最新技术，在对传统设计方法该进的基础上，学者们提出了很多新的结构，这就包含本文所要研究的微带滤波器，使用微带线制成的滤波器，其尺寸小[ ]、质量轻、易于集成、性能优良、便于批量生产且成本较低，因此得到了广泛的使用。 随着通信设备所用频率逐日增高以及电磁环境的复杂化，频率拥挤现象也变得更加严重，因此对微波滤波器的技术指标也有了更进一步的要求。研制体积更小、性能更佳的滤波器成为了未来微波滤波器发展的趋势，如何能够降低系统对有用信号的减弱，更好地使所需要的信号通过，阻止各种不需要的干扰信号已经变为一个深受关心的问题。人们已经把工作重心和研究方向转移到射频(RF)和微波(MW)电路上来。
生活中的一些微波系统，例如智能手机、GPS、GSM、路由器、电视等，使用的通信设备不仅要求成本低还要性能髙，而微带线凭借着其体积小、质量轻、方便制版、易加工的天生优势受到了设计师的青睐，其可以根据不同的应用场合与应用需求来选用不同的介质材料，并且，不同类型的微带耦合方式（如：平行耦合型、发夹型、交指型等）适用的场合和产生的效果也不一样，每种都有自己的优点和不足，这样就使得滤波器的应用范围得到了进一步扩大。因此，对微带滤波器的研究具有很大的市场前景[ ]。
1.2 微带滤波器发展史
1937年，W．P Mason和R．A．Sykes在发表的文章中首先提到了微波滤波器[ ]，并做了大量研究，他们利用ABCD参数推导出了非常多有用的滤波器相位和衰减函数。1940年，出现了一种微波滤波器的设计方法——映像参数法[ ] ，其工作大多在MIT实验室由Fano和Lawson完成，这种方法首先要确定符合特性要求的传递函数，再由先前的传递函数所估算的频率响应来设计电路。上世纪60年代，G．L．Matthaei在其专著中针对最平坦型和切比雪夫型对微波滤波器的经典设计方法作出了较全面、系统的介绍[ ]。70年代初，A．E．Williams和Kurzrok提出用于分析交叉耦合的低阶滤波器[ ]。
关于微带线滤波器，首次问世是在1958 年，Seymour B. Cohn 提出了平行耦合型结构微带滤波器[ ]，如图1.1 所示，在平面结构下实现了滤波。通过对滤波器阶数的控制，进而控制极点个数，提高滤波器的带宽，插损以及稳定性。
1.1 平行耦合型滤波器结构图
1962 年，George L. Matthaei 第一个对交指型滤波器结构理论进行了阐述和分析[ ]，如图 1.2 所示，交指型滤波器可以说是对平行耦合微带线滤波器的一种改良版，我们可以将两个相邻的耦合线等效地看作被从中点处“切断”，并折合为一根耦合线，其一端短路，另一端开路。因此很大程度上减小了微带滤波器占用的体积。
1.2 交指型滤波器结构图
1971 年，Edward G. Cristal 和 Sidney Frankel 提出了发夹型滤波器设计理念[ ]；次年完善对其理论的研究[ ]。发夹线型带通滤波器可以看成是将平行耦合型带通滤波器的谐振单元弯成“U”结构得到的，通过这样形状上的变化大大减小了滤波器的物理尺寸。图 1.3为发夹型滤波器的结构图。
1.3 发夹型滤波器结构图
1979 年，Joseph S. Wong 将发夹型滤波器的输入输出端馈电电方换成抽头[ ]。此结构为现在绝大多数发夹型滤波器广泛使用。利用抽头馈电方式能够增加几乎20%以上的带宽，突破了传统微带滤波器带宽上的极限，并且进一步的缩减了滤波器体积。
1980年，日本的Mitsuo Makimoto和Sadahiko Yamashita首先提出阶跃阻抗谐振器（Stepped Impedance Resonator， SIR），并将其应用在工程实践中，SIR滤波器不仅结构简单，而且通过采用不同类型的传输线或是介质材料，使其具有很宽的频率范围[ ]。在他们的著作中大量提及SIR发夹型滤波器和SIR平行耦合型滤波器，并在抑制寄生通带上进行了探讨。图1.6为半波长SIR谐振器的结构图。