利用ADS設計的平行耦合帶通濾波器

引言

　　濾波器的基礎是諧振電路，它是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò )，對通帶內的頻率信號呈現匹配傳輸，對阻帶頻率信號失配而進(jìn)行發(fā)射衰減，從而實(shí)現信號頻譜過(guò)濾功能。微波帶通濾波器在無(wú)線(xiàn)通信系統中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，尤其是在接收機前端。濾波器性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)接收機性能的好壞，它不僅起到頻帶和信道選擇的作用，而且還能濾除諧波，抑制雜散。平行耦合微帶線(xiàn)濾波器是一種分布參數濾波器，它是由微帶線(xiàn)或耦合微帶線(xiàn)組成，其具有重量輕、結構緊湊、價(jià)格低、可靠性高、性能穩定等優(yōu)點(diǎn)，因此在微波集成電路中，它是一種被廣為應用的帶通濾波器。

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

　　平行耦合微帶線(xiàn)帶通濾波器

　　邊緣耦合的平行耦合線(xiàn)由兩條相互平行且靠近的微帶線(xiàn)構成，單個(gè)帶通濾波器單元如圖1(a)所示。根據傳輸線(xiàn)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(lái)完成，但是在微帶上實(shí)現相間的串聯(lián)和并聯(lián)諧振元件尤為困難，為此可采用倒置轉換器將串并聯(lián)電路轉化為諧振元件全部串聯(lián)或全部并聯(lián)在線(xiàn)上。因此，單個(gè)耦合微帶濾波器單元能夠等效成如圖 1 (b)所示的一個(gè)導納倒置轉換器和接在兩邊傳輸線(xiàn)段的組合。

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