基于微波電路仿真軟件的平行耦合微帶線(xiàn)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：

　　BW為帶通濾波器的相對帶寬，g為標準低通濾波器參數，Z0為濾波器輸入、輸出端口的傳輸線(xiàn)特性阻抗，下標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計

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

　　所設計濾波器參數指標如下：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(shí)衰減大于35dB，帶內波紋為0.1dB，微帶線(xiàn)特性阻抗Z0為50 W。

　　(1)首先根據濾波器參數指標，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N，同時(shí)查切比雪夫濾波器元件參數表可知具有帶內波紋0.1dB的6階切比雪夫標準低通濾波器參數g0=g6=1，g1=g5=1.1468，g2=g4=1.3712，g3=1.9750。

　　(2)根據濾波器設計要求得到濾波器帶寬

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