利用ADS設(shè)計的平行耦合帶通濾波器

引言

　　濾波器的基礎(chǔ)是諧振電路，它是一個二端口網(wǎng)絡(luò)，對通帶內(nèi)的頻率信號呈現(xiàn)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(xiàn)信號頻譜過濾功能。微波帶通濾波器在無線通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，尤其是在接收機(jī)前端。濾波器性能的優(yōu)劣直接影響到整個接收機(jī)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。平行耦合微帶線濾波器是一種分布參數(shù)濾波器，它是由微帶線或耦合微帶線組成，其具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低、可靠性高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此在微波集成電路中，它是一種被廣為應(yīng)用的帶通濾波器。

　　在以往設(shè)計各種濾波器時，往往需要根據(jù)大量復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)公式計算及查表來確定濾波器的各級參數(shù)，這樣的方法不但復(fù)雜繁瑣，而且所設(shè)計濾波器往往性能指標(biāo)難以達(dá)到要求。本文將先進(jìn)的微波電路仿真軟件ADS2008與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相結(jié)合設(shè)計一個平行耦合微帶線濾波器，并進(jìn)行建模、仿真、優(yōu)化設(shè)計。

　　平行耦合微帶線帶通濾波器

　　邊緣耦合的平行耦合線由兩條相互平行且靠近的微帶線構(gòu)成，單個帶通濾波器單元如圖1(a)所示。根據(jù)傳輸線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完成，但是在微帶上實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換器將串并聯(lián)電路轉(zhuǎn)化為諧振元件全部串聯(lián)或全部并聯(lián)在線上。因此，單個耦合微帶濾波器單元能夠等效成如圖 1 (b)所示的一個導(dǎo)納倒置轉(zhuǎn)換器和接在兩邊傳輸線段的組合。

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