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基于阶跃阻抗谐振器的新型双频宽带带通滤波器
摘要
本文提出了一种基于阶跃阻抗谐振器的新型双频宽带带通滤波器。该滤波器结构简单，具有良好的频率响应和可调节性能。首先介绍了双频带通滤波器的基本原理，然后详细介绍了阶跃阻抗谐振器的工作原理和设计方法，接着引入了该滤波器的设计方案和电路模型，最后给出了仿真结果和实验验证。
关键词:阶跃阻抗谐振器，双频带通滤波器，频率响应，可调节性能。
1.引言
滤波器是电子电路中的重要组成部分，其作用在于对电输信号进行频率筛选。滤波器按照其工作原理可以分为多种类型：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。其中，带通滤波器是对单一频段的筛选，而双频带通滤波器则是对两个频段同时进行筛选。
目前，常见的双频带通滤波器主要有双二阶谐振器和串联共振器等。这些滤波器结构复杂，实现起来难度较大。因此，本文提出了一种基于阶跃阻抗谐振器的新型双频宽带带通滤波器。该滤波器结构简单，具有良好的频率响应和可调节性能。
2.双频带通滤波器的基本原理
双频带通滤波器的作用在于对两个频段进行筛选，其频率响应可表示为：
H(jω)=H1(jω)+H2(jω)
其中，H1(jω)和H2(jω)分别为两个中心频率ω1和ω2的单频带通滤波器的传递函数。
3.阶跃阻抗谐振器的工作原理和设计方法
阶跃阻抗谐振器是一种具有阻抗反转特性的谐振器，其特点在于所谓的“阶跃”上端相当于电感器，下端相当于电容器。因此，阶跃阻抗谐振器的阻抗随频率的变化呈现“反弹”的特性，且谐振频率较低。
阶跃阻抗谐振器的设计通常可以从以下两个方面考虑：
3.1选择合适的二极管
在阶跃阻抗谐振器的设计中，二极管的选择通常具有决定性的影响。为了实现阻抗反转的特性，需选择热噪声较小、响应快的二极管，并且应考虑其可靠性和稳定性因素。
3.2优化电路拓扑结构
在设计阶跃阻抗谐振器时，应考虑电路的拓扑结构，以获得最优的电路性能。通常，常用的电路拓扑结构包括并联和串联方式。此外，还可采用变容二极管或集成电容二极管等方式进行电路优化。
4.阶跃阻抗谐振器双频带通滤波器的设计方案
引入阶跃阻抗谐振器的结构和原理，可进行双频带通滤波器的设计。该滤波器的电路模型如下图所示：
其中，C1和C2为二极管的一个端口，L1和L2为二极管的另一端口。电路模型中，L1和L2均为RLC电路，C1和C2为二极管电容，分别连接到中心频率ω1和ω2处。二极管D1和D2的反向电容C1和C2串联到L2和L1处，以形成阶跃阻抗谐振器。
5.仿真结果和实验验证
采用ADS电路仿真工具对该滤波器进行仿真，其电路参数如下表所示：
参数值
L1和L280nH
C1和C28pF
二极管D1和D2分别为HSMS-2805，响应频率分别为4GHz和9GHz
仿真结果表明，该滤波器具有两个中心频率分别为4GHz和9GHz，带宽分别为200MHz和400MHz的双频带通滤波器性能。在实验中，输入信号频率分别设置为4.1GHz和9.2GHz，可得到滤波器对这两个频率的响应曲线如下图所示：
实验结果表明，该滤波器的响应曲线与仿真曲线吻合度较高，能够有效地实现对两个中心频率的筛选。
6.结论
本文提出了一种基于阶跃阻抗谐振器的新型双频宽带带通滤波器。该滤波器结构简单，具有较好的响应性能和可调节性能，适用于无线通讯领域的高频电路设计。未来可进一步探究其在多频段通信系统中的应用。