基于ADS軟件的微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)

1、基于ADS軟件的微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)摘要：該文章討論的是基于ADS軟件的平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)過程。利用集總參數(shù)低通原型濾波器經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化可以得到微帶線帶通濾波器的特性，運(yùn)用傳輸線原理和導(dǎo)納變換公式獲得帶通濾波器的相關(guān)參數(shù)，并借助功能強(qiáng)大的ADS軟件對(duì)微帶線帶通濾波器的原理圖和幅員進(jìn)展設(shè)計(jì)制作。該軟件只需要輸入相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)，便可方便得到頻率響應(yīng)等相關(guān)特性。我們也可以借助ADS軟件對(duì)其進(jìn)展優(yōu)化仿真，以得到更加優(yōu)質(zhì)的帶通濾波器。關(guān)鍵詞：帶通濾波器；微帶線；傳輸線；ADS1.引言隨著近年來無線通信技術(shù)的迅猛開展，微波濾波器已經(jīng)成為作為區(qū)分別離有用和無用資源的重要部件，并大量使用于通信系

2、統(tǒng)領(lǐng)域，其性能的優(yōu)越直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量?，F(xiàn)代通信對(duì)微波濾波器的整體要求越來越高，以求得到更加微小化、輕量化、集成化的高性能低本錢的濾波器。本文設(shè)計(jì)運(yùn)用微帶濾波器印刷電路的方法，可以滿足尺寸小、本錢低且性能穩(wěn)定的要求，被廣泛運(yùn)用于無線通信系統(tǒng)中。目前在無線通信系統(tǒng)領(lǐng)域中，微波濾波器的種類日益增多，性能和設(shè)計(jì)方法各有差異。但總體來看，微波濾波器的設(shè)計(jì)大都采用從集總參數(shù)的低通原型濾波器出發(fā)經(jīng)過一系列變換得到的。本章討論的是平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)，它同樣是基于集總參數(shù)低通原型濾波器出發(fā)，經(jīng)過等效變換可以得到與帶通濾波器相應(yīng)的低通原型模型，再經(jīng)過阻抗倒置變換或?qū)Ъ{變換便可以得到相應(yīng)的帶通

3、濾波器的設(shè)計(jì)模型及相關(guān)參數(shù)。本文首先介紹微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)原理，然后根據(jù)根本原理推導(dǎo)出濾波器的相關(guān)參數(shù)，再運(yùn)用ADS軟件進(jìn)展制作、優(yōu)化和仿真，最后將完好的設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)參數(shù)拿到工廠加工制成成品。為了驗(yàn)證該微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)和仿真的正確性，本文采用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)該濾波器進(jìn)展了相關(guān)測試，測試結(jié)果和仿真效果相吻合。2.微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)過程根據(jù)濾波器綜合理論，低通原型濾波器是設(shè)計(jì)其他濾波器的根底。本文設(shè)計(jì)的帶通濾波器同樣是在低通原型濾波器的根底上經(jīng)過變換得到的。圖1展示的是集總參數(shù)低通原型濾波器到集總參數(shù)帶通濾波器的變換過程。該圖說明根據(jù)帶通濾波器的頻率特性而言，在通帶內(nèi)串聯(lián)臂應(yīng)

4、采用串聯(lián)諧振為低阻抗，并聯(lián)臂應(yīng)采用并聯(lián)諧振為高阻抗。而微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)也是在上述變換原理的根底上擴(kuò)展得到的。一般來說，與微波帶通濾波器相應(yīng)的低通原型有兩種模型。一種是電感輸入式電路，經(jīng)變換后為含阻抗K的變換器，另一種是電容式輸入電路，經(jīng)變換后為含導(dǎo)納J的變換器。該兩種電路互為對(duì)偶，衰減特性一樣，且都可以轉(zhuǎn)換成等效的帶通濾波器。本文設(shè)計(jì)采用電容式輸入電路，運(yùn)用導(dǎo)納倒置變換原理來完成設(shè)計(jì)。由于阻抗倒置變換和導(dǎo)納倒置變換的變換原理相似，圖1低通濾波器到帶通濾波器的轉(zhuǎn)換因此本文只對(duì)導(dǎo)納倒置變換原理進(jìn)展詳述。當(dāng)平行耦合微帶線的長度為l=/4時(shí)，有帶通濾波的特性，但其不能提供陡峭的通帶到阻帶過渡，但

5、將多個(gè)耦合微帶線單元級(jí)連后便可以具有良好的濾波特性。設(shè)計(jì)這種微帶線帶通濾波器最為關(guān)鍵的一步就是把上述的低通原型用K或J變換器變換為變形低通，再運(yùn)用阻抗倒置或?qū)Ъ{倒置變換得出最后的變換形式。由于本文設(shè)計(jì)選用的是導(dǎo)納倒置變換，所以下面介紹導(dǎo)納倒置變換的詳細(xì)變換過程。設(shè)計(jì)步驟的前兩步就是確定中各元件的歸一化值，并選定電容式輸入電路。第3步經(jīng)過變換得圖2a，它表示含有導(dǎo)納倒置變換器的變形低通原型。圖2b表示從圖2a導(dǎo)出的帶通濾波器，圖2c表示用電納斜率參量表示的微波帶通濾波器。即到圖2c就是從含低通原型到含J微波帶通濾波器的變換的全過程。經(jīng)過上述變換，我們可以得出含導(dǎo)納倒置變換器J的微波帶通濾波器的圖

6、2a含有導(dǎo)納倒置變換器的變形低通原型圖2b從圖2a導(dǎo)出的帶通濾波器圖2c用電納斜率參量表示的微波帶通濾波器實(shí)用公式為電納斜率：根據(jù)上述公式可以計(jì)算出耦合微帶線各節(jié)奇偶模的特性阻抗，根據(jù)奇偶模的特性阻抗，運(yùn)用ADS軟件可以確定微帶線帶通濾波器每節(jié)微帶線的尺寸關(guān)系。下面講述的是本文運(yùn)用導(dǎo)納倒置變換原理并結(jié)合ADS軟件來設(shè)計(jì)一個(gè)平行耦合微帶線帶通濾波器的詳細(xì)過程。該平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：平行耦合微帶線帶通濾波器要求3階，帶內(nèi)波紋為0.5dB，系統(tǒng)特性阻抗為50。設(shè)計(jì)平行耦合微帶線帶通濾波器的步驟如下：2計(jì)算各節(jié)奇偶模的特性阻抗，該濾波器需要4節(jié)耦合微帶線級(jí)連3計(jì)算各耦合線節(jié)的奇偶模

7、特性阻抗4根據(jù)上述計(jì)算出的奇偶模特性阻抗和相移以及設(shè)計(jì)指標(biāo)中的各項(xiàng)參數(shù)，運(yùn)用ADS軟件可以得到該平行耦合微帶線帶通濾波器各節(jié)的尺寸大小，如表1表1計(jì)算微帶線的尺寸進(jìn)展優(yōu)化后，以上數(shù)據(jù)滿足技術(shù)指標(biāo)，該原理圖符合本次微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)要求。圖3帶通濾波器原理圖優(yōu)化數(shù)據(jù)6下面由平行耦合微帶線帶通濾波器的原理圖生成幅員，并對(duì)幅員進(jìn)展仿真。圖4是由平行耦合微帶線帶通濾波器原理圖生成的幅員。比照上述原理圖可以發(fā)現(xiàn)，原理圖中構(gòu)成濾波器電路的各種微帶線元件模型在幅員中已經(jīng)轉(zhuǎn)化成實(shí)際的微帶線。以下數(shù)據(jù)是平行耦合微帶線帶通濾波器版圖4由平行耦合微帶線帶通濾波器原理圖生成的幅員幅員的仿真數(shù)據(jù)與原理圖的仿真數(shù)據(jù)有一些差異，這是由于幅員的仿真方法與原理圖的仿真方法不同。但是幅員的仿真數(shù)據(jù)同樣滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。至此，本文的平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)過程完畢，最后將上述得到的幅員與相關(guān)數(shù)據(jù)送往工廠進(jìn)展加工便可制成最終成品。3.結(jié)論本文主要討論的是平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)過程。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，首先計(jì)算低通原型濾波器的參數(shù)，并運(yùn)用導(dǎo)納倒置變換得出相應(yīng)的帶通濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過計(jì)算得出每節(jié)濾波器的奇偶模和尺寸大小。然后運(yùn)用ADS軟件設(shè)計(jì)原理圖并對(duì)其進(jìn)展優(yōu)化仿真，最后進(jìn)展幅員的設(shè)計(jì)與仿真。經(jīng)歷證，得出的數(shù)據(jù)符合本次平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)要求。這種平行耦合微帶線帶通濾波器的設(shè)