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Ansoft2004 年用户通讯 - 99 - 用 Ansoft HFSS 分析小型化、高带外抑制的 微带滤波器 赵 平 上海航天局八 0 四研究所电子三室 200082 摘要：本文用 Ansoft HFSS 分析小型、高带外抑制的PBG 结构的微带滤波器的结构形式和特有的频率 响应特性。 关键词： PBG 光子带隙结构 Ansoft HFSS 微带 带通滤波器 1. 引言 随着“无线时代”的到来，微波工程师关注于电磁波频谱合理、高效、安全的使用、EMI / EMC 问题的解决，小型 化、高带外抑制、低成本、宽带滤波器的研究、应用有着重要的意义。 微波滤波器已成为无源微波元件的主角之一，它不仅能完成本身的任务，而且能代替其他一些微波元件的功能，或者 可把另外一些微波元件看成微波滤波器结构来进行设计，随着新材料、新技术的引入、应用，滤波器的概念“广义化”。 2. 滤波器设计 2.1 滤波器响应函数类型选择 滤波器特性可用其频率响应来描述，按其特性的不同可分为低通 滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。图 1 中是以带通滤波 器为例的滤波器响应，图中横坐标是归一化频率 f，纵坐标是工作衰减 （简称“衰减”）或插入衰LA 。 图 1 中所示三种函数滤波器的传输特性，观察可知不同点在于传 输零点的位置 ： Chebyshev 函数滤波器传输零点在无限远处， Elliptic 函数滤波器传输零点在有限特定频率且阻带呈现等波纹特 图1 带通滤波器的频率响应 性，Quasi-Elliptic 函数滤波器将 hebyshev 函数滤波器和 Elliptic 函数滤波器的特性“融合”在一起：即保留了无限远处的零点，又有一对传输零点在特定频率。 由此分析，可得出关于滤波器类型选择的依据： 为了满足通带的插入损耗带外隔离，应选级数较少的滤波器，相应的级数较少的滤波器的 Q 值也低； 通带边沿的插入损耗期望等同于通带中心频率的插入损耗，在 Elliptic 函数滤波器、Quasi-Elliptic 函数滤波器中 通带边沿的插入损耗受截至频率附近的传输零点影响较大； Chebyshev 函数滤波器和 Elliptic 函数滤波器、Quasi-Elliptic 函数滤波器相比 ，虽然带外隔离较好，但在靠近 通带边沿处比选择性差；虽然可以通过增加级数提高选择性，但同时带内插入损耗也增加； Elliptic 函数滤波器在靠近通带边沿有较高的选择性，但是相对于 Quasi-Elliptic 函数滤波器，它的带外隔离较 差； Elliptic 函数滤波器应用分布元件较难实现，而 Quasi-Elliptic 函数滤 波器却较之容易满足设计要求。因此，Quasi-Elliptic 函数是微带滤波器较佳 的函数类型。 2.2 滤波器的结构选择 滤波器采用微带线结构，在尺寸和加工方面满足了工程上器件小型化、低 成本的要求，在人们长期的探索、研究后，引入了 Photonic bandgap (PBG) 概 念，新颖的微带滤波器具有了高带外抑制、小尺寸 (PBG 单元小于二分之一、四 分之一甚至十分之一波导波长（1GHz - 3GHz 已广泛使用 )的优点，缺点是通带 插入损耗在 1dB 左右。下面就简要描述一下 PBG 材料、结构的概念和结构形式。 图2 1994年 Alumina 构建的光子晶格 Partners In Design - 100 - Ansoft2004 年用户通讯 PBG 的概念最早由 Yablonovitch 在 1987 年提出，主要是想构造人造晶体及其缺陷，在频带内(最初是在光学频带， 而后发展为微波乃至声学频带)形成带隙，形成各种巧妙的器件。这样的人造周期性结构的材料会影响甚至改变金属、介质 有电磁特性，新颖的 PBG 结构在天线、滤波器及其它器件