微帶濾波器和耦合電路的設計

1 前 言

當今的微波設計師依靠很多工具來(lái)制作高效的電路和系統。他們要利用已有的參考資料和強大的EDA工具和電磁（EM）分析工具，還必須結合自己的實(shí)踐經(jīng)驗來(lái) 進(jìn)行制作。這些工作終極需要通過(guò)制作電路和測試完成的電路來(lái)實(shí)現。這篇文章描述了兩個(gè)微帶電路設計是如何使用各種不同工具開(kāi)發(fā)，用電路板銑制設備快速制 作，然后經(jīng)過(guò)丈量來(lái)驗證設計方法的正確性。

樣例中的設計是一個(gè)典型的帶寬3.7到4.2GHz的發(fā)夾型濾波器和一個(gè)1到8GHz的定向耦合器，使用Schiffman鋸齒技術(shù)減小尺寸。發(fā)夾型濾波器用Agilent ADS1.3軟件設計和仿真，用SONnet Lite軟件進(jìn)行平面EM分析。耦合器運用了基于設計規則的變換，有一個(gè)現存的門(mén)路線(xiàn)形式的耦合器設計來(lái)啟動(dòng)。

兩個(gè)電路都是用LPKF光電股份有限公司的Protomat C100HF型設備制作出來(lái)的，使用HP(Agilent) 8753E網(wǎng)絡(luò )分析儀獲得丈量結果。

2 設計樣例

3.7到4.2GHz的發(fā)夾型濾波器

2.1 設計

這個(gè)濾波器設計用于在3.7到4.2GHz的帶寬上獲得一個(gè)平坦的響應。插進(jìn)損耗和回波損耗在此頻段優(yōu)于16dB。這個(gè)濾波器用在下變頻器輸進(jìn)端進(jìn)行鏡頻抑制。該設計選用一個(gè)典型的發(fā)夾型濾波器，它將能滿(mǎn)足設計要求的性能和尺寸。

濾波器由ADS1.3設計，圖1是結果圖樣。當然，這是一個(gè)熟悉的發(fā)夾型結構。濾波器占用的面積約為500 x 1200 mils (0.5 x 1.2 in.)，包括用來(lái)保持恒定邏輯屬性的發(fā)夾循環(huán)所需的足夠面積。

圖2是在A(yíng)DS中的設計和優(yōu)化結構。這個(gè)拓撲形是中心對稱(chēng)的，所以設計成兩段，由一個(gè)“背靠背”結構連接。由于數學(xué)方面上的結構尺寸減小，計算時(shí)間被大大縮減。

圖2，在A(yíng)DS中的設計和優(yōu)化結構。濾波器以?xún)蓚€(gè)鏡像的圖形塊進(jìn)行仿真，以實(shí)現對稱(chēng)結構

建立優(yōu)化來(lái)獲得在通帶3.55至4.4GHz的最小16dB的回波損耗，在3.2GHz以下和4.7GHz以上最小28dB的阻帶衰減。優(yōu)化的頻率范圍是3.0-5.0GHz。更寬范圍不要求獲得預想的結果。

圖3，對終極設計的ADS仿真定義。仿真性能和濾波器圖樣都出自于這里的數據

圖3顯示了每一個(gè)“半濾波器”的ADS終極設計，包括端口、微帶線(xiàn)、T形、彎曲和短凸形。留意短凸形的末真個(gè)0.1pF電容，說(shuō)明具有末端效應（邊沿電容）。圖1的也有它們的顯示。

圖4，仿真結果。
（a）全程響應；（b）通帶響應和插進(jìn)損耗；（c）回波損耗；（d）Smith阻抗圖

圖4是模型化的性能顯示。包括通帶、阻帶特性、回波損耗結果以及輸進(jìn)/輸出阻抗的Smith圖。這些圖表說(shuō)明ADS模型滿(mǎn)足濾波器的設計標準。

2.2 EM分析

圖5是濾波器尺寸的詳圖。設計的數據使用Sonnet軟件公司的Sonnet Lite平面電磁場(chǎng)軟件進(jìn)行電路分析。

圖5，濾波器的具體尺寸。

圖6是EM分析結果。通帶的響應比ADS預期的稍稍窄一些，但是假如制作出來(lái)的電路性能滿(mǎn)足分析的話(huà)，仍將覆蓋3.7到4.2GHz的帶寬。通帶的平坦性 非常接近ADS模型?；夭〒p耗的響應在通帶上比ADS仿真的對稱(chēng)性稍差一些。但仍能保持16dB或更好。