基于ADS的平行耦合濾波器的設(shè)計(jì)

王亞亞　姬冠妮

摘 要：文中根據(jù)平行耦合微帶線的原理，詳細(xì)闡述了濾波器的設(shè)計(jì)步驟，利用此方法設(shè)計(jì)了通帶為3.0-3.1GHz，帶內(nèi)波紋為3dB的平行耦合型濾波器，結(jié)合ADS射頻軟件對所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行了仿真及優(yōu)化。結(jié)果證明設(shè)計(jì)的濾波器滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，效果良好。

關(guān)鍵詞：平行耦合；濾波器；ADS

引言

濾波器是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，其功能是用來消除干擾雜訊，得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率，濾波器是電路系統(tǒng)中一個(gè)必不可少的部分，當(dāng)頻率不高時(shí)，濾波器可以由集總元器件的電感和電容構(gòu)成，但當(dāng)頻率高于500MHZ時(shí)，電路寄生參數(shù)的影響不可忽略，濾波器通常由分布參數(shù)元器件構(gòu)成。在射頻系統(tǒng)中，由于頻率過高，所以濾波器通常由分布參數(shù)元器件構(gòu)成，所以人們對微波濾波器的研究越來越多，文章中所介紹的平行耦合型濾波器就是微波濾波器的一種，它具有體積小，質(zhì)量輕，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

1 平行耦合型濾波器原理

平行耦合微帶線就是有兩根寬度為W，間距為S，長度為L的兩根相互平行的微帶線共同印制在一塊介質(zhì)層厚度為h，相對介電常數(shù)為？著r的接地板上。圖1為平行耦合微帶線的橫截面結(jié)構(gòu)圖。

平行耦合型微帶線由于放置在公共接地板上，必然會產(chǎn)生耦合效應(yīng)，致使它的傳輸模式不是TEM模，分析起來比較復(fù)雜，但是平行耦合微帶線中傳輸模特性又與TEM模相差較小，所以我們可以看成TEM模式來處理，這樣就可以使用奇偶模激勵(lì)的分析方法對耦合微帶線進(jìn)行分析。如此我們就可以通過下面的步驟設(shè)計(jì)平行耦合微帶線濾波器。

2 平行耦合型濾波器設(shè)計(jì)步驟

（1）根據(jù)工程需要的衰減和波紋參數(shù)，選定設(shè)計(jì)方法之后，確定低通原型的階數(shù)，接著通過查對應(yīng)的參數(shù)表得到低通濾波器原型的歸一化參數(shù)，g0，g1，g2，gn，gn+1。（2）確定上、下邊頻，然后根據(jù)上邊頻？棕1和下邊頻？棕2和及中心頻率？棕0確定歸一化帶寬。中心頻率？棕0=（？棕1+？棕2）/2，歸一化帶寬BW=？棕1-？棕2/？棕0。（3）計(jì)算得到耦合微帶傳輸線的各節(jié)奇偶模特性阻抗。

（4）選定介質(zhì)基片，得到基板參數(shù)。（5）初步確定微帶線的尺寸大小。得到了奇偶模特性阻抗與基板參數(shù)利用ADS軟件中微帶線計(jì)算器LineCalc可以確定微帶線的寬度W，耦合間距S，長度L。（6）根據(jù)上述步驟，可以初步得到微帶線的尺寸大小，但卻不是精確的參數(shù)，需要對這些數(shù)值進(jìn)行修正，這個(gè)我們可以借助ADS仿真軟件提供的自動(dòng)優(yōu)化功能，對所設(shè)計(jì)的濾波器尺寸進(jìn)行多次修正，最終得到滿足實(shí)際要求的精確尺寸。

3 平行耦合型濾波器的實(shí)例設(shè)計(jì)及仿真

由仿真結(jié)果可以看出：由公式計(jì)算得到的仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)要求還存在比較大的偏差，（1）濾波器的中心頻率偏?。唬?）濾波器的通帶偏小，致使帶寬不夠；（3）通帶內(nèi)衰減幅度較大。出現(xiàn)這些問題的原因在于計(jì)算過程與仿真過程中都取了數(shù)據(jù)的近似值，多次的近似取值，致使出現(xiàn)較大的偏差，所以要對微帶線的各個(gè)尺寸進(jìn)行修正，ADS軟件的一個(gè)很大優(yōu)點(diǎn)就是自動(dòng)優(yōu)化，有了這樣的功能，就可以大大縮短濾波器的設(shè)計(jì)周期。經(jīng)過多次修正以后，我們的最終結(jié)果如圖3所示。

5 結(jié)束語

文章根據(jù)平行耦合微帶線濾波器的基本原理，闡述了平行耦合微帶線濾波器的一般設(shè)計(jì)步驟，并依據(jù)設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)了通帶為3.0-3.1GHz，帶內(nèi)波紋為3dB的平行耦合型濾波器，結(jié)合ADS軟件對該濾波器進(jìn)行了仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率，并降低了設(shè)計(jì)成本。

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