波器的研究，在最近十年内越来越受到学者们的重视。随着技术的成熟，高低通级联超宽带滤波器技术在无线通信系统中的应用将会越来越广，因此，研究高低通级联超宽带滤波器的新的实现形式和方法就显得特别有意义[3]。

作为无线通信系统中不可或缺的器件之一，特别是在日益拥挤的无线频谱资源和复杂的电磁环境下，滤波器成为无线电技术中许多设计问题的中心，可以利用它来组合或分开不同的频率。滤波器既可以用来限定大功率发射机在规定的频带内辐射，又可以反过来防止接收机受到工作频带以外的干扰。从超长波到微波，直至光波以上的所有频段都需要有滤波器。因此，微波滤波器是无线通信系统、雷达系统、测量系统中最常见的器件之一，其性能的好坏往往直接影响到整个无线通信系统的质量。随着微波器件集成度的日益提高，滤波器的小型化显得迫在眉睫。因此，研究具有高性能、小型化、易集成的微带滤波器有着重要的意义[4]。

针对以上背景，利用超宽带的高保密性和抗干扰能力、多通带在频谱资源的利用率和频段兼容性方面的优势，使得它们成为近些年来的研究热点。本文针对超宽带滤波器的设计展开的，设计了两款高低通级联超宽带滤波器。

第二节研究现状

超宽带技术的发展，促使新型超宽带滤波器也必须不断地诞生和发展。新技术、新工艺的出现使得超宽带滤波器的设计理论也不断丰富和完善。超宽带滤波器首先是由A.Saito及H.Harada等人在2003年提出来的[5]。他们将微带线设计在一种特殊材料表面，而这种材料对高频信号有较大的衰减。导致这种滤波器的插入损耗较大，远远满足不了现代超宽带系统的要求。在2004年H.Ishida等人提出了一种微带环形结构的超宽带滤波器[6]，其相对带宽虽然可以达到83%，但是仍然满足不了超宽带系统的要求。其中，该微带环采用的是阶梯阻抗结构，其周长为一个波长，利用并联在微带环上的支节的微扰作用，可以形成双模的环形谐振器。

目前国内外超宽带滤波器设计的主要方法[7,8]有：(1)多模谐振器（MMR）技术；(2)混合微带共面波导（CPW）技术；(3)最优短路端技术；(4)电磁带隙(EBG)结构负载技术；(5)级联高低通滤波技术；(6)多层板耦合技术（新材料技术，如液晶聚合物LCP或低温共烧陶瓷LTCC）。

其中，多模谐振器技术最先由L. Zhu等人提出[9]，后来经过很多研究和设计

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得到发展。该技术目的是利用多模谐振器的谐振模式去设计超宽带滤波器。

图1.1 多模谐振器的超宽带滤波器结构和特性曲线

图1.1所示，一个典型的多模谐振器实现的超宽带滤波器和特性曲线。可以看出，多模谐振器是一个中心为低阻抗线段而两端为等长的高阻抗线段，通过调节高低阻抗微带传输线段的阻抗比，使多模谐振器的三个谐振模式在超宽带通带内。通过合适的输入/输出耦合，即可实现超宽带滤波器。值得注意的是，合适的输入/输出耦合还可以形成另外的传输极点。

图1.2 复合微带共面波导结构和S参数曲线

参见图1.2，采用复合微带共面波导结构[10]，可以设计出结构紧凑的超宽带滤波器。该结构采用微带转共面波导结构的过渡结构和共面波导短路端，作为准集总参数的电路元件实现高通滤波器。通过该高通滤波器的输入/输出端口引入交叉耦合电容，适当地设计耦合开路端，即可设计具有两个靠近通带边缘的传输零点的超宽带滤波器。为了进一步提高选择性，两个微带短路端被集成到输入/输出端口，由此设计出一个五极点的超宽带滤波器。

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图1.3 最优短路端技术的电路模型

图1.3表示最优短路端技术的电路模型。该技术的输入输出端口没有耦合，且有超过100%的相对带宽，可以实现更多的传输极点，级数较多，增加了尺寸和损耗。该电路模型有五个分支短路端，连接的电长度是端长度的两倍。通常端长度选为超宽带中心频率对应电长度的四分之一。由于连接线是非相邻的，对滤波器的选择性起到作用。因此，这种滤波器在通带边缘呈现高选择性，这等效于九阶契比雪夫滤波器。

为了进一步提高选择性，改进型最优短路端的超宽带滤波器引入了输入/输出端口的交叉耦合[10]。不仅减小了尺寸，而且增加了传输零点，进而提高了选择性。图1.4为改进型最优短路端技术的超宽带滤波器结构和S参数曲线。

图1.4 最优短路端技术设计的带有传输零点的超宽带滤波器结构和S参数响应

最直接实现超宽带滤波器的方法是使用级联的单层高通和低通滤波器或者级联带阻和带通滤波技术[11]，图1.5表示一个级联宽带带通和带阻滤波器构成的超宽带滤波器。宽带带通滤波器包含半波长传输线，在输入输出端分支连接两个四分之一短路端。宽带带阻滤波器包含两个分支平行传输线和两个开路端。可以通过选择合适的传输线阻抗，调节带阻和带通的带宽，进而实现超宽带。

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图1.5 级联带阻和带通结构和S参数结果

随着先进的封装材料（如液晶聚合物LCP或低温共烧陶瓷LTCC）的到来，可以利用多层板耦合技术实现超宽带滤波器[12]。如图1.6所示，该结构不仅尺寸小，而且耦合强。

图1.6 LCP的多层结构

美国联邦通信委员会会定义的超宽带室内限制覆盖了已经存在的无线通信系统的某些频段，例如5GHz的无线局域接入网络和8GHz的卫星通信系统。因此，为了减小来自这些无线通信系统的干扰，随之产生了一些带有陷波特性的超宽带滤波器。从相关文献看出，主要产生陷波的技术有集成开路端技术、非对称输入/输出耦合技术、集成陷波谐振器技术等[13-15]，图1.7、图1.8和图1.9分别列出该陷波技术的一个实物结构和频率响应曲线。

嵌入式枝节在陷波处得反射最小，陷波带宽最窄，而传统的开路枝节在陷波处得反射最大，陷波带宽最宽。Shaman. H和Jia ShengHong等人采用图1.7所示的由四分之一波长短路枝节和半波长连接线构成的UWB滤波器，同样加上嵌入式的开路枝节得到了对5.8GHz的WLAN频段的滤波。这种结构很好的满足了FCC的要求，同时也具有了良好的陷波特性。随后，Jia ShengHong等人在图1.7结构的基础上，又设计了一种开关式的嵌入型陷波结构，使用一个PIN二极管控制陷

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