微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)

摘 要：文章從帶通濾波器出發(fā)，闡述了帶通濾波器的工作原理和設(shè)計(jì)過(guò)程。以此為基礎(chǔ)借助ADS仿真軟件設(shè)計(jì)微波濾波器，并結(jié)合設(shè)計(jì)方法，根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)，確定濾波器類(lèi)型、最佳級(jí)數(shù)和結(jié)構(gòu)，給出了一個(gè)帶通濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例。仿真結(jié)果表明此方法簡(jiǎn)單可行，滿足工程設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：帶通濾波器；仿真；ADS；平行耦合線

引言

在微波通信系統(tǒng)中，微帶線帶通濾波器以其結(jié)構(gòu)小、集成性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)成為各種微波產(chǎn)品中的常用重要器件。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微帶濾波器的種類(lèi)日益增多。它們性能各異，設(shè)計(jì)方法也有所不同，近年來(lái)微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)微波濾波器的指標(biāo)要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)的需要，ADS（Advanced Design System），是安捷倫公司推出的一套電路設(shè)計(jì)軟件。是一個(gè)己被廣大電子工程設(shè)計(jì)師們所接受和喜愛(ài)，功能十分強(qiáng)大的EDA軟件系統(tǒng)。結(jié)合 ADS 軟件能夠在保證精度的前提下縮短設(shè)計(jì)周期、降低設(shè)計(jì)成本，降低電路的調(diào)試測(cè)量工作量，提高設(shè)計(jì)效率。使用ADS仿真軟件進(jìn)行微波元器件等設(shè)計(jì)已經(jīng)成為微波電路設(shè)計(jì)及優(yōu)化的必然趨勢(shì)。

1 濾波器設(shè)計(jì)原理

對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的濾波器，均為從一系列信號(hào)中分離出所需要的頻率。由此，所有電路均可以用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的形式來(lái)反映輸入端和輸出端的關(guān)系。根據(jù)濾波器理論，所有類(lèi)型的濾波器均可映射成歸一化的低通濾波器[1]。因此帶通濾波器的設(shè)計(jì)可以先從設(shè)計(jì)歸一化低通濾波器開(kāi)始，然后再映射成帶通濾波器，映射如圖1所示.圖中橫坐標(biāo)以分貝為單位，LA為衰減度，Lr為通帶內(nèi)最大衰減度。？棕'1為歸一化截止頻率，當(dāng)歸一化頻率大于？棕'1時(shí)為阻帶反之為通帶。圖中的變量關(guān)系為：？棕'/？棕'1映射成[？棕/？棕0-？棕0/？棕]/？贅，其中： ？棕0為帶通濾波器的中心頻率；？贅為帶寬比，定義為？贅=（？棕2-？棕1）/？棕0。在此轉(zhuǎn)換過(guò)程中，低通濾波器中的L和C分別和帶通濾波器中的L-C串聯(lián)諧振回路、L-C并聯(lián)諧振回路有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 微帶線帶通濾波器設(shè)計(jì)與優(yōu)化

假設(shè)濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：特性阻抗50Ω，通帶范圍為9-10GHz，阻帶范圍為<8 GHz或>11 GHz，帶內(nèi)波紋指數(shù)為0.ldB，阻帶最小衰減為36dB。根據(jù)帶通濾波器設(shè)計(jì)的原理，先計(jì)算歸一化低通濾波器參數(shù)，再映射到帶通濾波器。經(jīng)過(guò)查表確定濾波器節(jié)數(shù)為4階。查表可知波紋0.1dB的四階切比雪夫?yàn)V波器歸一化參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：g1=1.1088，g2=1.3062，g3=1.7704，g4=0.8181，g5=1.3554。則四階切比雪夫低通原型電路圖2所示，其中g(shù)0為源內(nèi)電導(dǎo)，g5為負(fù)載電阻值。

3 結(jié)論

在使用 ADS仿真軟件設(shè)計(jì)平行耦合微帶濾波器時(shí)，可以看到，使用ADS輔助設(shè)計(jì)方法理論計(jì)算簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)過(guò)程快速靈活，只需調(diào)整少量參數(shù)就可完成設(shè)計(jì)，可方便、快速地對(duì)微波元件及電路進(jìn)行仿真分析，除本文涉及的平行耦合微帶濾波器外，還可對(duì)其他介質(zhì)、結(jié)構(gòu)的濾波器設(shè)計(jì)也具有一定工程實(shí)用及參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]清華大學(xué)《微帶電路》編寫(xiě)組.微帶電路[M].北京：人民郵電出版社，1975.

[2]孫曙威.微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，31（5）： 78-80.

[3]張洪福，張振強(qiáng)，馬佳佳. 基于ADS的平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J]. 電子器件，2010，33（4）：433-437.

[4]LUDWING R. RF Circuit design Theory and Application[M].Upper Saddle River，NJ，USA： Prentice Hall 2000.

[5]鐘蔚杰，楊景曙.微帶線帶通濾波器的ADS輔助設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2008，3.

[6]RohdeU L.無(wú)線應(yīng)用射頻微波電路設(shè)計(jì)[M].劉光枯，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2004.