看MMR如何帮助UWB带通滤波器优化性能

　　MMR中的凹槽用于轻度调整频散和改进带通性能。通过改变凹槽的长度、宽度和位置，UWB通带（3.1到10.6GHz）内的前三个谐振频率将得到重新分配，从而获得更好的滤波器性能。图2（c）显示了图2（a）和图2（b）分别在带凹槽和不带凹槽的情况下频散的变化。图中清楚地表明，通过在MMR中开槽，3.1-10.6GHz中的三个谐振频率得到了轻度调整。频-散的变化与参数L、W和d的关系分别见图3（a）、3（b）和图3（c），其中L是凹槽的长度，W是凹槽的宽度，d是凹槽和MMR中心部分之间的距离，参见图1。图3给出了在固定d=0.3mm、W＝1.2mm以及L如图3（a）所示变化的弱耦合条件下仿真得到的S21幅度，在固定d=0.13mm、L=13.6mm以及W如图3（b）所示变化的弱耦合条件下仿真得到的S21幅度，和在固定L=13.6mm、W=1.2mm以及d如图3（c）所示变化的弱耦合条件下仿真得到的S21幅度。

　　图2：图（c）比较了采用（a）带凹槽和（b）不带凹槽的MMR设计时的频散变化。

　　对比图3中的曲线我们可以明显地发现，参数W在调整三个谐振频率中发挥的作用要比L和d大。图3中的三种图形表明，MMR中的凹槽可以轻度调整频散并提高UWB通带滤波器性能，虽然频散的变化没有参考文献4中那么大。值得我们注意的是，在MMR中应用凹槽这种方式对其它滤波器设计也有用。

　　图3：这些图给出了MMR滤波器（a）在固定d=0.3mm、W＝1.2mm和改变L的弱耦合条件下仿真得到的S21幅度、（b）在固定d=0.13mm、L=13.6mm和改变W的弱耦合条件下仿真得到的S21幅度、（c）在固定L=13.6mm、W=1.2mm和改变d的弱耦合条件下仿真得到的S21幅度。

　　在对某些方面的轻度调整确定后，就可以开始对UWB MMR带通滤波器进行设计、仿真和测量。图4给出了所建议的UWB滤波器的顶部和底部视图。在设计中使用商用HFSS 11.0软件进行了仿真和优化。该UWB滤波器制造所用的基板的介电常数为2.2，厚度为0.787mm。滤波器性能采用安杰伦公司提供的型号为N5230A的矢量网络分析仪（VNA）进行测量。

　　图4：这两张图显示了基于MMR的UWB带通滤波器的顶部（a）和底部（b）。

　　图5对预测和测量的S21（插损）和S11（反射损耗）幅度的频率响应以及群延迟进行了比较。预测的S参数证实，新设计的UWB滤波器在包括UWB通带在内的宽范围频率内（3.9-10.7 GHz）具有较高的反射损耗（≥11dB）和较低的插入损耗（＜0.8dB＝。测量结果也表明了良好的反射损耗（≥10dB）和较低的插入损耗（≥1.5dB），其中包括滤波器中使用的SMA连接器损耗。测量得到的群延迟在0.15ns和0.45nm之间变化，最大变化量是0.3ns，这些数据表明建议的UWB滤波器具有良好的线性度。在通过14GHz的上截止频带中的衰耗≥20dB。

　　图5：这些图对UWB带通滤波器的（a）S21与S11以及（b）群时延的测量和仿真性能进行了比较。

　　总之，我们成功地采用具有双平行耦合线和矩形槽的均匀MMR实现了UWB微带带通滤波器设计。通过正确调整矩形槽的长度（L）、宽度（W）和位置（d），可以重新分配三个谐振频率，从而使UWB滤波器取得更好的通带性能，包括＜1.5dB的插入损耗和≥10dB的反射损耗，以及小于0.3ns的群延迟变化。测量得到的性能指标与仿真结果非常接近。

　　参考文献：

　　1. H. Wang and L. Zhu， "Aperture-Backed Microstrip Line Multiple-Mode Resonator for Design of a Novel UWB Bandpass Filter，" 2005 Asia-Pacific Microwave Conference， Vol. 4， 2005.

　　2. L. Zhu and S. Sun， "Ultra-Wideband （UWB） Bandpass Filters Using Multiple-Mode Resonator，" IEEE Microwave and Wireless Components Letters， Vol. 15， No. 11， November 2005， pp. 796-798.

　　3. S. W. Wong and L. Zhu， "Miniaturization of Triple-Mode UWB Bandpass Filters with Extended Upper-Stopband，" 2008 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series （IMWS） on Art of Miniaturizing RF and Microwave Passive Components， December 2008， pp. 102-105.

　　4. S. Sun and L. Zhu， "Multiple-Resonator-Based Bandpass Filters，" IEEE Microwave Magazine， Vol. 10， No.2， April 2009， pp. 88-98.

　　作者：W.CHENG， X.H.WANG， Y.TUO， Y.F.BAI， X.W.SHI