基于ADS的平行耦合帶通濾波器的設(shè)計(jì)

文中介紹了設(shè)計(jì)平行耦合帶通濾波器的方法和流程，以相對(duì)帶寬為9%的平行耦合濾波器為例闡述了具體設(shè)計(jì)過程，并對(duì)濾波器設(shè)計(jì)工程中原理圖與版圖仿真結(jié)果的差異進(jìn)行分析對(duì)比，給出具體的調(diào)試解決方案。借助于射頻微波EDA工具ADS2008進(jìn)行優(yōu)化仿真，高效地完成了帶通濾波器的設(shè)計(jì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

引言

濾波器的基礎(chǔ)是諧振電路，它是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)通帶內(nèi)的頻率信號(hào)呈現(xiàn)匹配傳輸，對(duì)阻帶頻率信號(hào)失配而進(jìn)行發(fā)射衰減，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(gè)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[1]。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(jià)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[2~4]。

在以往設(shè)計(jì)各種濾波器時(shí)，往往需要根據(jù)大量復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算及查表來確定濾波器的各級(jí)參數(shù)，這樣的方法不但復(fù)雜繁瑣，而且所設(shè)計(jì)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(jì)方法相結(jié)合設(shè)計(jì)一個(gè)平行耦合微帶線濾波器，并進(jìn)行建模、仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(gè)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[2]。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(dǎo)納倒置轉(zhuǎn)換器和接在兩邊傳輸線段的組合[5~8]。

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(gè)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(jí)聯(lián)多個(gè)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(jí)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(gè)耦合線節(jié)左右對(duì)稱，長(zhǎng)度約為四分之一波長(zhǎng)(對(duì)中心頻率而言)。帶通濾波器有N + 1個(gè)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[2]：

BW為帶通濾波器的相對(duì)帶寬，g為標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器參數(shù)，Z0為濾波器輸入、輸出端口的傳輸線特性阻抗，下標(biāo)i，i+1表示如圖2所示的耦合段單元。