具有复杂阻抗的不等滤波赛跑耦合器的一般合成与设计方法，该方法采用介质波导谐振器实现

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：General Synthesis and Design for Unequal Filtering Rat-Race Coupler With Complex Impedances Using Dielectric Waveguide Resonator

环形耦合器综合设计及介质波导谐振器实现|不平等滤波|多端口耦合矩阵|传输零点配置|复阻抗终止

　　

摘要：

本文提出了一种针对不等滤波赛跑耦合器（FRC）终端复阻抗的综合性通用合成理论与设计方法，并采用介质波导谐振器（DWR）实现了相应的硬件。首先，介绍了具有复阻抗的多端口耦合矩阵（CM）的响应计算与合成方法。基于广义切比雪夫滤波函数多项式，分析了具有任意功率分配比的FRC的S参数多项式。随后，可以合成FRC的初始多端口CM并将其转换为某些物理上可实现的拓扑结构。此外，还讨论了FRC中滤波响应的传输零点（TZs）的任意放置方式。本文还揭示并解决了使用DWR时FRC的带内功率分配非平坦性问题。通过实例展示了不仅使用单位端口，还使用复阻抗端口的情况。最后，设计、仿真并制造了一个采用DWR终端复阻抗的12腔FRC，该FRC在六阶滤波响应中具有两个工作于U6G子带的TZs，实验结果验证了所提出方法和设计的可行性。

引言

随着通信系统的快速发展，射频（RF）前端组件正朝着小型化和更高功能集成度的方向发展。带通滤波器（BPF）和耦合器是必不可少的组件，它们经常在RF和微波系统中级联使用。BPF用于选择不同频段的信号，而赛跑耦合器可用于分割或合并信号。赛跑耦合器通常与其他功能模块（如天线阵列[1]、[2]、[3]和放大器[4]）结合使用。然而，这些组件往往具有复阻抗，而非理想阻抗。在这种情况下，通常需要将阻抗匹配网络（IMN）、BPF和赛跑耦合器进行级联，如图1(a)所示。然而，这种级联架构不利于实现尺寸和重量更小的系统，特别是在需要高集成度和小型化的现代应用中[5]。这些情况凸显了对于具有复阻抗的滤波赛跑耦合器（FRC）的日益增长的需求，这种耦合器能够实现更高效和可靠的RF前端集成，如图1(b)所示。

(a) 阻抗匹配网络（IMN）、BPF和赛跑耦合器被级联。(b) FRC终端复阻抗。(c) FRC终端复阻抗的预期响应。