【正文】 ? ? ?????? ?? nkg A 2 12sin2 ?, k=1,2,? ,n (26) 0g = 11??ng 對于兩端具有電阻終端的切比雪夫濾波器，當其通帶波紋為 dBLAr 、 0g = 1和 39。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的，則它的特性阻抗也是可以控制的 [10] 。 微帶線特性阻抗如式 (31)和模型（如圖 31所示）： ?????? ??? tw hZ r ? (215) 圖 24 表層微帶線模型 其中 Z0是微帶線的特性阻抗 ,w是微帶線寬度， t是微帶線厚度， h是電介質(zhì)厚度， ? r是硬質(zhì)電路板的相對介電常數(shù) [12]。介質(zhì)基片選用介電常數(shù)高、微波損耗低的材料。 167。 當兩根耦合的傳輸線相互之間的驅(qū)動信號振幅大小相同且相位也相同時 ,就是一個偶模傳輸?shù)哪Ｐ?。 S 參數(shù) 網(wǎng)絡理論是一種非常普遍的處理問題的方法，它把系統(tǒng)用一個由若干端口對外的未 知網(wǎng)絡表示。與單口元件相似，雙口元件一般采用網(wǎng)絡理論進行分析，但是，值得指出的是元件的網(wǎng)絡參數(shù)本身還是需要用場論方法求得，或者實際測量得到，從這個意義上講，場論是問題的內(nèi)部本質(zhì)，而網(wǎng)絡則是問題的外部特性。在微波頻率下，阻抗參量 Z、導納參量 Y和 A參量不能直接測量，所以引入散射參量 S和傳輸參量 T。 所謂歸一化波，就是各端口的波用其對應端口的參考阻抗進行歸一化后得到的波，它們與同端口的電壓的關(guān)系為 n ZUa ?? （ 31） 二端口網(wǎng)絡 [S] U1 U2 a1 a2 b2 b1 I2 1 端口 2 端口 I1 11 n ZUb ?? （ 32） 對于線性二端口網(wǎng)絡（如圖 32所示），歸一化入射波 a和反射波 b之間存在如下關(guān)系 : 2121111 aSaSb ?? (33a) 2221212 aSaSb ?? (33b) 式（ 33）寫成矩陣形式為 b=Sa （ 34） 矩陣 S稱為二端口網(wǎng)絡的散射矩陣或 S矩陣，表示為 ??????? 2221 1211 SS SSS （ 35） 式（ 35）中的矩陣元素稱為網(wǎng)絡的散射參量，各項矩陣參量的物理意義為： 01111 2 ?? aabS 表示端口 2匹配時，端口 1的反射系數(shù)； 02222 1 ?? aabS 表示端口 1匹配時，端口 2的反射系數(shù)； 02112 1 ?? aabS 表示端口 1匹配時，端口 2到端口 1的傳輸系數(shù)； 01221 2 ?? aabS 表示端口 2匹配時，端口 1到端口 2的傳輸系數(shù)； ai=0表示第 i個端口接匹配負載，該端口不存在反射波。 ADS 電子設計自動化功能十分強大，包含時域電路仿真 (SPICElike Simulation)、頻域電路仿真 (Harmonic Balance、 Linear Analysis)、三維電磁仿真 (EM Simulation)、通信系統(tǒng)仿真 (Communication System Simulation)、數(shù)字信號處理仿真設計（ DSP）； ADS支持射頻和系統(tǒng)設計工程師開發(fā)所有類型的 RF設計，從簡單到復雜，從離散的射頻 /微波模塊到用于通信 和航天 /國防的集成 MMIC，是當今國內(nèi)各大學和研究所使用最多的微波 /射頻電路和通信系統(tǒng)仿真軟件軟件 [17]。微帶線帶通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，具有體積小、重量輕、價格低、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在微波工程中的應用相當廣泛。 以下及 以上衰減大于 40dB。 圖 41是一 個微帶帶通濾波器及其等效電路，它由平行的耦合線節(jié)相連組成，并且是左右對稱的，每一個耦合線節(jié)長度約為四分之一波長 (對中心頻率而言 )，構(gòu)成諧振電路 。如果反射系數(shù)過大，就會導致反射損耗增大，并且影響系統(tǒng)的 前后級匹配，使系統(tǒng)性能下降。 奇模和偶模特性阻抗的計算 首先由下列各式 (41)、 (42)、 (43)計算出耦合間 J 變換的特性導納 iJ 。 ? ?? ?20200 1| iiio JZJZZZ ??? (44) ? ?? ?20200 1| iiie JZJZZZ ??? (45) 表 41 各節(jié)奇偶特性阻抗數(shù)值 第一節(jié) 第二節(jié) 第三節(jié) 第四節(jié) 偶模阻抗 奇模阻抗 微帶線尺寸的計算 在微帶帶通濾波器中，也經(jīng)常用半 波長平行耦合諧振電路來級聯(lián)形成帶通濾波器。對于平行耦合微帶線來說，可以進行物理尺寸和點參數(shù)之間的數(shù)值轉(zhuǎn)換，若給定平行耦合微帶線奇模和偶模的特性阻抗，可以計算平行耦合微帶線的導體帶的寬度和間隔距離。平行耦合線濾波器的結(jié)構(gòu)是對稱的，所以四個耦合線節(jié)中，第 4及 3節(jié)微帶線長 L、寬 W和縫隙 S的尺寸是相同的 。耦合線的微帶線長 L、寬 W和縫隙 S是濾波器設計和優(yōu)化的主要參數(shù)，在優(yōu)化中要用變量代替，便于后面修改和優(yōu)化 ， 本次優(yōu)化使用的是 ADS提供的 optim(optimization)優(yōu)化工具。 優(yōu)化完成后必須關(guān)掉優(yōu)化控件，才能觀察仿真的曲線。 版圖仿真 微帶濾波器的實際電路時有電路板和微帶線構(gòu)成的，實際電路的性能可能會與原理圖 26 仿真的結(jié)果有很大差別。 在原理圖視窗上，去掉平行耦合微帶線帶通濾波器的兩個端口“ Term”和“接地”，然后再去掉其中的優(yōu)化控件 OPTIM，剩下的部分就是用來生成版圖的原理圖了，如圖 415所示： 圖 416 用于生成版圖的原理圖 版圖仿真結(jié)果如圖 416： 圖 417 版圖仿真 版圖生成后先要設置 微帶電路的基本參數(shù)，為了進行 S參數(shù)仿真還要在濾波器兩側(cè)添加兩個端口，做法是點擊工具欄上的 Port按鈕，彈出 Port設置窗口，點擊 OK關(guān)閉該窗口，在濾波器兩邊要加端口的地方分別點擊加上兩個 Port，將版圖放大后可以看到兩個端口如 27 圖 417所示： 圖 418 添加端口 P1和 P2 仿真運算要進行數(shù)分鐘，仿真結(jié)束后將出現(xiàn)曲線顯示窗口，觀察 S11和 S21曲線，性能有不同程度的惡化，此處要求 S12在通帶內(nèi)衰減小于 2dB，起伏小于 1dB，阻帶衰減大于40 dB。 29 結(jié) 束 語 本文設計的是微帶線結(jié)構(gòu)的帶通濾波器，使用 ADS進行設計 、仿真和優(yōu)化，使所設計的濾波器在通帶衰減、波紋和阻帶衰減這些重要參數(shù)上達到要求。通過對其不斷的優(yōu)化的過程中，使仿真結(jié)果達到要求的范圍之內(nèi)。 30 參考文獻 [1] 孫玉發(fā) .電磁場與電磁波 .合肥：合肥工業(yè)大學出版社， 2020 [2] 王謹之 .無線電技術(shù)基礎 .高等教育 出版社 ,1995 [3] 吳萬春 .現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設計 .上海：科技出版社， 1981 [4] 廖承恩 .微波技術(shù)基礎 .西安：西安電子科技大學 大學出版社， 2020 [5] 陳乃云 .電磁場與電磁波理論基礎 .北京：中國鐵道出版社， 2020 [6] 趙娜 .微帶帶通濾波器的研究 .西安：電子科技大學出版社， 2020 [7] 陳惠開 .寬帶匹配網(wǎng)絡的理論與設計 .北京 :人民郵電出版利， 1982 [8] 雷振亞 .射頻 /微波電路導論 .西安 :西安電子科技人學出版社， 2020 [9] 顧其凈，項家禎，袁孝康 .微波集成電路設計 .北京 :人民郵電出版社， 1978 [10] Chaimool S and Akkaraekthalinl P. Resonatorembedded fourpole crosscoupled dualband microstrip bandpass filters. ISCIT’ 06, 2020, 10761079 [11] 張海濤，齊臣杰等 .微波 集成濾波器研究 .功能材料與器件學報， 2020 [12] 楊仕明，曾斌 .微帶平行線耦合帶通濾波器的計算機輔助設計， 1994 [13] 陳亦匡 .濾波器的設計 .人民郵電出版社 ,1958 [14] 李蓉 .微帶濾波器的設計與仿真 .西安：電子科技大學， 2020 [15] 陳艷華，李朝暉，夏瑋 .ADS應用詳解 .北京：人民郵電出版社， 2020 [16] Zhurbenko V, Krozer V and Meincke P. Miniature microwave bandpass filter based on EBG structures. 2020 Proceedings of the 36th European Microwave Conference, 2020, 792794 [17] 黃玉蘭 .ADS射頻電路設計基礎與典型應用 .北京：人民郵電出版社， 202