摘要：随着无线通信系统的快速发展,尤其是5G时代的来临,带通滤波器作为射频前端的选频器件被广泛应用于各种系统.近年来,人们对通信的需求日益提升,因此滤波器的小型化、低成本以及高性能等方面的要求成为业内研究的重点.现代工艺技术的发展为带通滤波器的设计提供了多种方法,如使用阶跃阻抗谐振器设计微带带通滤波器、利用互补开环谐振器作为基本谐振单元构造宽带带通滤波器和基于E型双模谐振器设计微带带通滤波器等.然而,这些微带滤波器的尺寸较大,令实现小型化的目标难以实现.由于集总元件具有体积小、成本低、带宽宽、元件间相互作用小等优点,在射频器件设计中发挥着重要作用.相较于基于集成无源器件(Integrated Passive Device,IPD)工艺和低温共烧陶瓷(Low-Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)工艺的带通滤波器,这种单层宽带带通滤波器具有更低的生产成本、更少的损耗限制,以及避免了基于表面贴装器件的成本和制造公差等问题.由于其采用交指电容和微带电感的简单实现方式,该方法所设计的滤波器还具有工艺简单和体积小的优点.基于单层印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)工艺,本文提出了一种新型高选择性宽带带通滤波器.该电路结构对称,由多组对称的串联谐振器构建滤波器通带和带外多零点特性.其中,为了增强阻带的抑制能力和滤波器的频率选择性,添加多对接地的串联谐振器在通带左右两侧各增加一个传输零点,两个传输零点独立控制,互不影响.使用奇偶模分析方法对电路进行分析,以求解传输零点,并给出零点解析式.随后,对带通滤波器的传输零点频率、中心频率、3 dB相对带宽以及品质因数等参数变化进行分析.为了实现小型化和低成本的要求,该电路中的所有集总元件均由交指电容和微带电感实现.交指电容是一种多指周期性结构,具有多个几何变量,如指长、指宽、指间间隙、指端间隙和指数等.这些变量使得交指电容的结构具有较大的自由度,同时也增加了结构优化的难度.同理,微带电感的电感值可通过改变其长度和宽度进行调节.为了验证带通滤波器设计方法的有效性,基于单层PCB工艺,对工作在4.52 GHz的滤波器进行仿真、制造和测量,使用HFSS软件对滤波器整体结构进行优化.所用介质基板为Rogers RO4350B,其相对介电常数为3.66,损耗正切角为0.0037,板厚为1.524 mm.测试结果表明,3 dB相对带宽为38.9%,在中心频率4.52 GHz处插入损耗最小(为1.68 dB),回波损耗优于21.45 dB,谐波抑制水平为7.7~9.4 GHz大于19.6 dB,通带内测试的群时延在0.56~1.2 ns变化.本文展示了一种单层低成本宽带带通滤波器,基于奇偶模电路和解析方程,详细阐述了滤波器的设计原理.该滤波器采用交指电容和微带电感作为集总元件,实现了小型化和低成本.实物测试进一步验证了滤波器的可行性,证明了其性能良好,具有体积小、损耗低、宽频带和选择性好等优点,适用于单层PCB工艺,易于与无线通信系统集成.