【经验】解析平面滤波器工作频率正在扩展到毫米波范围
目前，每个射频子系统的主要目标是在不降低性能和不增加成本的情况下减小尺寸，同时在毫米波频率上工作，而目前这一频率还很少被占用。因此，有趣的是，早在表面声波(SAW)和体声波(BAW)技术之前，滤波器的可实现尺寸就降低了几个数量级，微带滤波器自1952年以来一直在做同样的事情。它们仍然是工程师工具包中最重要的滤波器类型，多年来，通过使用各种介电基板材料和设计技术，微带滤波器得到了增强。
微带滤波器被认为是平面的，因为它们是使用介电基板上的平面二维微带谐振器进行构造的。一般来说，它们提供的性能与使用必须手动调整的分立组件构建的大型同类产品相似，来达到预期的效果。它们还具有体积小等优点，非常适合大批量制造，并且可以卷带使用，至少小了一个数量级，并在薄膜中能实现类似的空载Q。
图1 薄膜溅射机以及带有结果的HFSS 模型
虽然微带传输线是最常见的，但也使用共面波导和带状线，并且在某些情况下可以产生更好的性能。由于它们本质上是平面的并且适用于高介电基板材料，因此它们也可以与砷化镓和氮化镓裸片集成以减少电路的占用空间。此外，3D设计工具使得平面滤波器能够被设计并立即移至原型，然后非常快速地投入生产。
多年来使用这种类型的过滤器，已经开发了数百甚至数千种版本，每种版本都是为了优化一个或多个性能特征。结果使得低通、高通、带通和带阻（陷波）、双工器、多路复用器、双模滤波器和开关滤波器组都是可用于毫米波范围的频率。
图2 AWR Microwave Office 中的普通谐振器发夹式双工器
事实上，使用带有曲线、不同宽度的直线和其他几何排列单独或组合切割的 PC 板图案可以构建的滤波器设计几乎没有什么限制。一些微带带通滤波器可以同时处理两个或多个频率，并且还包括陷波滤波器。而使用其他类型的过滤器结构将是困难的或是不可能的。
尽管平面滤波器可以使用空气作为电介质来减少损耗，但它们通常使用固体电介质基板制造，金属滤波器电路层放置其上，主接地层位于电介质的下侧。FR4等环氧树脂基材料可用于1GHz以下相对带宽较大的滤波器，PTFE基材料也很常见。然而，诸如氧化铝和钛酸钡之类的陶瓷在较高频率下具有显着的优势。一个很好的平面滤波器的例子是Smiths Interconnect提供的Planar X技术，该技术目前可用于高达 30 GHz 的频率，尽管开发工作仍在继续达到更高的频率。在典型的带通配置中，带宽可以从5%到100%以上，具体取决于电路配置，可实现的抑制可以超过30dB，插入损耗低，回波损耗低至15dB，功率处理能力高达20W。这些微型、经济的射频滤波器采用厚膜工艺技术在各种电介质上制造，是恶劣环境的理想选择。
图3 Planar X 技术
尽管它们的尺寸各不相同，但它们可以制成小至0.1英寸x 0.1英寸的大小，并且根据要求， Planar X滤波器可以采用薄膜或厚膜工艺以及氧化铝、钛酸钡和其他基板材料。该公司的技术和测试能力使滤波器能够满足通常用于航空航天和国防系统的高可靠性要求，并且还可以实现广泛的定制。
平面滤波器也是用于开关滤波器组的绝佳选择，因为它们的滤波器和开关集成在一个模块中，因此可以节省大量电路板的空间。它们还消除了电路之间的转换，来实现最佳匹配，从而优化插入损耗、平坦度和 VSWR，并且内部通道化提供高抑制和隔离。毫不奇怪，这些滤波器组继续在整个国防工业中用于雷达警告接收器、信号情报和通信情报（SIGINT 和 COMINT）接收器以及广播和卫星通信系统等应用。
图4 防御通信是 Planar X 滤波器的常见用途
图5 高功率测试设置中的印刷滤波器
与波导一起，不起眼的微带滤波器尽管起源于至少75年前，但仍继续发挥其作用，并且随着商业和国防系统进入更高的频谱区域，它可能仍然会保持其重要性。面对来自更现代技术的竞争，它们将继续实现这一目标，因为它们比所有其他滤波器拓扑更小，仅被刚刚进入市场的MEMS滤波器超越。此外，用于制造它们的工艺与用于制造PC板的工艺相似，它们可以定制以满足广泛的要求，并且它们的特性已通过数千种设计得到验证。
对微带滤波器的研究仍在继续，虽然微带线仍然是它们的主要传输介质，但共面波导和开槽接地结构也在得到增强，以实现更大的小型化，在某些情况下，性能更高。还有一些有趣的研究正在对周期性结构内的微带线进行，这些结构禁止某些频率的波传播，包括光子带隙、电磁带隙和有缺陷的地面结构。后者的优点是可以通过在微带线下方的接地平面上仅蚀刻几个区域来实现，并且在接地平面上以蚀刻图案的形式创建。简而言之，微带滤波器的使用似乎没有尽头，尽管整个系统的尺寸正在减小并且工作频率正在扩展到毫米波区域。
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