基于微波電路仿真軟件的平行耦合微帶線濾波器

在以往設(shè)計各種濾波器時，往往需要根據(jù)大量復(fù)雜的經(jīng)驗公式計算及查表來確定濾波器的各級參數(shù)，這樣的方法不但復(fù)雜繁瑣，而且所設(shè)計濾波器往往性能指標(biāo)難以達(dá)到要求。本文將先進(jìn)的微波電路仿真軟件ADS2008與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相結(jié)合設(shè)計一個平行耦合微帶線濾波器，并進(jìn)行建模、仿真、優(yōu)化設(shè)計。

　　平行耦合微帶線帶通濾波器

　　邊緣耦合的平行耦合線由兩條相互平行且靠近的微帶線構(gòu)成，單個帶通濾波器單元如圖1(a)所示。根據(jù)傳輸線理論及帶通濾波器理論，帶通濾波元件是由串臂上的諧振器和并臂上的諧振器來完成，但是在微帶上實現(xiàn)相間的串聯(lián)和并聯(lián)諧振元件尤為困難，為此可采用倒置轉(zhuǎn)換器將串并聯(lián)電路轉(zhuǎn)化為諧振元件全部串聯(lián)或全部并聯(lián)在線上。因此，單個耦合微帶濾波器單元能夠等效成如圖 1 (b)所示的一個導(dǎo)納倒置轉(zhuǎn)換器和接在兩邊傳輸線段的組合。

　　這種單獨耦合線節(jié)單元雖然具有典型的帶通濾波器的特性，但是單個帶通濾波單元難以具有良好的濾波器響應(yīng)及陡峭的通帶—阻帶過度。因此，通常情況下，采取級聯(lián)多個這些基本耦合單元來構(gòu)成實用的濾波器。如圖2所示為一級聯(lián)耦合微帶線節(jié)單元構(gòu)成的帶通濾波器的典型結(jié)構(gòu)，其每一個耦合線節(jié)左右對稱，長度約為四分之一波長(對中心頻率而言)。帶通濾波器有N + 1個圖1所示的耦合線帶通濾波器單元構(gòu)成，而每一段耦合線又可等效為如圖1(b)所示的電路結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)納倒置轉(zhuǎn)換器之間為特性阻抗為Z0、電角度為2θ 的傳輸線段。Z0o與Z0e分別為耦合線的奇模與偶模特性阻抗，并可由下列公式確定：

　　BW為帶通濾波器的相對帶寬，g為標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器參數(shù)，Z0為濾波器輸入、輸出端口的傳輸線特性阻抗，下標(biāo)i，i+1表示如圖2所示的耦合段單元。

　　平行耦合帶通濾波器設(shè)計

　　為設(shè)計出符合要求的帶通濾波器，可以將傳統(tǒng)的平行耦合微帶線設(shè)計方法與先進(jìn)的微波電路仿真軟件ADS2008相結(jié)合，使全部設(shè)計要求轉(zhuǎn)換成實際的濾波器設(shè)計，圖3是平行耦合微帶線濾波器的設(shè)計的流程圖。

　　所設(shè)計濾波器參數(shù)指標(biāo)如下：濾波器中心頻率ω0 (ω0=(ωH+ωL)/2)為2.1GHz，相對帶寬9%;在ω為1.8GHz及2.4GHz時衰減大于35dB，帶內(nèi)波紋為0.1dB，微帶線特性阻抗Z0為50 W。

　　(1)首先根據(jù)濾波器參數(shù)指標(biāo)，計算出濾波器低通歸一化頻率

，查切比雪夫濾波器衰減特性表得濾波器級數(shù)N，同時查切比雪夫濾波器元件參數(shù)表可知具有帶內(nèi)波紋0.1dB的6階切比雪夫標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器參數(shù)g0=g6=1，g1=g5=1.1468，g2=g4=1.3712，g3=1.9750。

　　(2)根據(jù)濾波器設(shè)計要求得到濾波器帶寬

，從而根據(jù)公式(1)，(2)得到參數(shù)Ji,i+1和奇偶模阻抗的值如表1所示。