使用 CRLH-TZRP 实现可独立控制通带的紧凑型多频段带通滤波器

为何小型滤波器对无线生活至关重要

每当你的手机或笔记本连接 Wi‑Fi 或 5G 网络时，隐藏的射频滤波器都在帮助将有用信号与噪声区分开来。随着更多服务拥入同一频谱片段，工程师需要能够同时处理多个频段、且不浪费功率或空间的微型电路。本文提出了一种紧凑的微芯片级滤波器，能够同时覆盖 Wi‑Fi、WiMAX 和 5G 频带，并允许设计者几乎独立地调节每个通带。

更智能的射频“交警”

射频滤波器就像交通指挥，允许特定频率通过同时阻止其余频率。传统设计通常为每个频段配置独立谐振器，这会使电路变大，并且难以在不影响其他通带的情况下调整某一通带。作者通过重新思考滤波器核心的基本谐振单元来解决这个问题，寻求在相同小占地面积内获得更多控制能力和更多频段的方法。

从每个谐振器中获得更多功能

本工作中的关键构件是一种特殊类型的谐振器，将两种特性结合在一个结构中。与通常的简单电感和电容不同，该新元件混合了串联与并联成分，因此在频率上自然产生两个尖锐的阻挡点和一个通带点。通过成对配置两个此类元件，作者形成了所谓的传输零谐振对，这样可在受控模式下提供四个阻挡点和三个通带点。细致的电路分析表明，改变每个微小电感或电容值会移动特定的阻挡点，而几乎不影响其他阻挡点的位置。

从电路构想到微小电路板

为了将这一概念实现为硬件，团队将谐振器制作成高介电常数电路板上的铜线图形和指状间隙。两对镜像排列的结构彼此靠近，使它们通过电场和磁场相互作用。通过调节间距和形状，设计者能够在靠近 2.4、3.5 和 4.9 吉赫兹的三个目标通带周围布置八个强阻挡点。计算机仿真和电场分布图确认，在每个目标频带，只有结构的一部分储能，而整体布局仍能高效传递信号。

实验室性能

完成的滤波器边长仅约一厘米，制于 Rogers RO3210 板上，并使用标准微波测试设备进行测量。三个频带与为 Wi‑Fi、WiMAX 和某个 5G 频段设定的设计目标高度一致，并且就如此紧凑的结构而言插入损耗较低。由多个阻挡点形成的尖锐凹陷在通带之间及通带外提供了强烈抑制，从而降低了不想要的干扰。研究还检查了功率处理能力，表明金属线上的场强和电流在正常使用下仍远低于可能损坏电路板的水平。

对未来无线设备的意义

简而言之，作者设计出了一种体积小巧的三合一射频滤波器，每个通道都可以以比传统更少的权衡来调节。通过在每对谐振器中压缩额外的阻挡和通带行为，他们实现了八个有用的“保护点”来塑造响应，同时保持电路小巧且低损。这一方法有望简化为 Wi‑Fi 路由器、WiMAX 设备、5G 终端及其他必须在拥挤频谱中共存而互不干扰的多频系统构建紧凑前端的工作。

引用: Bastani, A., Jam, S. & Darvishi, M. Compact multi-band bandpass filter with independently controlled passbands using CRLH-TZRP. Sci Rep 16, 14849 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41529-9

关键词: 多频段滤波器, 微带线, Wi‑Fi, 5G, CRLH 谐振器