在 5G 通信和毫米波技术快速发展的今天，射频前端系统对滤波器提出了更严苛的要求：更小的尺寸、更高的性能。传统滤波器如何在有限空间内实现优异带外抑制？中国西南电子技术研究所杨新宇工程师的最新研究给出了一种创新解决方案。设计挑战：小型化与性能的平衡现代无线通信系统面临频谱资源拥挤和终端小型化双重压力。滤波器作为射频前端的关键选频器件，其尺寸直接影响整机大小，而带外抑制性能决定了频谱利用效率。常规微带滤波器往往面临一个艰难抉择：要高性能就要牺牲尺寸，要小尺寸就得妥协性能。
创新突破：交叉耦合与结构优化双管齐下研究团队采用六阶交叉耦合拓扑结构，通过非相邻谐振器间的耦合，在带外产生传输零点，从而用更少的谐振器实现更高的带外抑制。如图 1 所示，主信号路径为 S-1-2-3-4-5-6-L，副信号路径 S-1-2-5-6-L 在 2-5 谐振器间形成弱耦合，产生可控传输零点。与传统开口环结构相比，该设计进行了三大创新：1. 1/4 波长谐振器实现尺寸缩减通过打孔金属化接地构造 1/4 波长谐振器，相比传统 1/2 波长开口环谐振器，长度减少约 50%。这种结构形似交指谐振器弯折成发夹状，极大提升了空间利用率。
2. 阶梯阻抗谐振器（SIR）优化馈电效应针对直接馈电导致的首尾谐振器频率偏移问题，在 1、6 谐振器中引入 SIR 结构。通过调整高低阻抗线比例，精确控制谐振器电长度，确保各谐振器同步调谐。
3. 非对称臂长设计压缩耦合间距通过调整 2、5 谐振器的臂长比例，在保持相同耦合系数前提下，将耦合间距从 0.42mm 缩减至 0.24mm，尺寸减少近 40%。这种非对称设计有效突破了布局瓶颈。
仿真验证：性能指标全面达标使用 HFSS 进行建模仿真，设计指标要求：中心频率：10.6GHz通带范围：10.2~11GHz（相对带宽 7.5%）带内插损≤3.5dB，回波损耗≤10dB12GHz 处带外抑制≥55dB采用 99.6% 氧化铝板材（介电常数 9.8，厚度 0.254mm），通过优化仿真得到理想参数。
仿真结果显示：通带插损≤3.5dB，中心插损仅 1.67dB，12GHz 处抑制达到-69.8dB，完全满足设计指标。实测结果：仿真与实测高度一致制作实物滤波器并进行测试，
结果显示：通带内插损≤3.5dB，中心插损 2.496dB12GHz 处带外抑制 67.8dB实测曲线与仿真曲线高度吻合技术价值与应用前景这款滤波器的核心突破在于：在 0.45λ×0.29λ的紧凑尺寸内，实现了高性能的带外抑制。相比传统设计，该方案具有显著的空间效率优势，为 5G 基站、卫星通信、雷达系统等高频应用提供了理想的技术路径。未来，这种设计思路可进一步应用于毫米波频段，通过工艺优化和材料创新，持续推动射频前端系统向更高集成度、更优性能方向发展。
文章来源：杨新宇. 一种小型化交叉耦合微带带通滤波器的设计[J]. 现代电子技术, 2023, 46(21): 28-31. DOI: 10.16652/j.issn.1004-373x.2023.21.006
