【正文】 微帶帶通濾波器使設(shè)計(jì)的工作量大大減少，并且能夠提高精度和效率, 降低成本。由優(yōu)化后的原理圖生成的版圖如圖23所示。ADS中優(yōu)化電路如圖21，因?yàn)閱挝获詈衔Ь€主要有三個(gè)因素即長度L，寬度W，和距離S。圖19 ADS Linecalc模塊通過上面Linecalc計(jì)算，即可設(shè)計(jì)出微帶結(jié)構(gòu)帶電路，結(jié)構(gòu)如圖20中結(jié)構(gòu)所示。則為我們根據(jù)式(37)= 1； = 。圖17 只含一種元件的低通原型由低通原型濾波器得到變形低通原型濾波器后，再利用帶通濾波器與低通原型的頻率變換關(guān)系，將變形低通電路中的并聯(lián)電容C(或串聯(lián)電感L)變換成帶通濾波器的并聯(lián)諧振電路(或串聯(lián)諧振電路)如圖18所示，便構(gòu)成了微波帶通濾波器的等效電路。當(dāng)然要使在截止頻率處的衰減度加大時(shí)，我們可以通過增加濾波器的階數(shù)來滿足。當(dāng)知道濾波器的帶外截止衰減時(shí)，我們可以計(jì)算出低通原型所需的元件數(shù)。由于該電路是可逆的，故可以把左邊的電阻看成信號(hào)源內(nèi)阻，也可以把右邊的電阻看成信號(hào)源的內(nèi)阻?，F(xiàn)在我們利用微波仿真軟件ADS, 使用軟件自帶的耦合微帶傳輸線計(jì)算器來進(jìn)行計(jì)算，對(duì)得出的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，并且對(duì)其不理想的地方進(jìn)行優(yōu)化處理。微帶線型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(jià)格低、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在微波工程中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。輸入匹配電路的作用就是對(duì)基波的匹配和對(duì)二次諧波的反射。當(dāng)輸入相噪很低，即輸入信噪比很高時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)處理不當(dāng)會(huì)使相噪變壞。(由/T=θ / π得到)，取這個(gè)角度的原因是此時(shí)二次諧波輸出最大。利用ADS軟件對(duì)直流偏置電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，這里用到FETcyrvetracer原理圖模板：在原理圖編輯器窗口中，執(zhí)行菜單命令【Insert】【Template】選擇“FETcurvetracer”模板，如圖6所示。因此，設(shè)置晶體管基射結(jié)正偏、集基結(jié)反偏，使晶體管工作在放大狀態(tài)的電路，簡稱為偏置電路（可以理解為設(shè)置正反偏的電路）。第3章 仿真設(shè)計(jì)實(shí)例本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于GaAs 管的四倍頻有源倍頻器，輸入信號(hào)為4GHz，輸出為16GHz。濾波器采用微帶電路來實(shí)現(xiàn)，通過ADS仿真軟件設(shè)計(jì)微帶帶通濾波器是一種適宜的選擇。~25GHz帶寬為40%左右，所以要采用寬帶近似設(shè)計(jì)方法，這些設(shè)計(jì)方法相對(duì)帶寬可達(dá)60%，只是設(shè)計(jì)過程很復(fù)雜，有二種寬帶平行耦合線帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法:耦合線節(jié)級(jí)聯(lián)直接設(shè)計(jì)方法。這樣就會(huì)給帶通濾波器在微波傳輸線結(jié)構(gòu)上的具體實(shí)現(xiàn)帶來了困難。用微帶分布參數(shù)電路實(shí)現(xiàn)響應(yīng)的微波網(wǎng)絡(luò)。所謂綜合設(shè)計(jì)方法，就是全面綜合上述的矛盾，將指標(biāo)予以合理分配，從而以最合理的方法解決濾波器設(shè)計(jì)的這對(duì)矛盾。對(duì)于無耗濾波器，也常用通帶內(nèi)最大駐波比（VSWR）表示；4)帶外衰減：由于理想濾波器帶外衰減無窮大不可能實(shí)現(xiàn)，一般可以規(guī)定在某一帶外頻率下，最小衰減不能小于要求值；5)波紋：指通帶內(nèi)信號(hào)的平坦程度，即通帶內(nèi)最大衰減與最小衰減之間的差別，一般用dB表示；6)形狀系數(shù)：是描述濾波器頻率響應(yīng)曲線形狀的一個(gè)參量，一般定義為： （28）7)寄生通帶：在微波濾波器中，由于元件分布參數(shù)的影響，其頻響可能是周期的，因而可能在設(shè)計(jì)好的通帶之外又產(chǎn)生了額外通帶，稱為寄生通帶，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免其落入意圖截止頻率范圍；8)插入相移和時(shí)延頻率特性：濾波器插入相移隨頻率的變化特征稱為相移的頻率特性，而插入相移與頻率的比，稱為濾波器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延： （29）本身也是頻率的函數(shù)，其隨頻率變化特性稱為時(shí)延的頻率特性，而稱為群時(shí)延： （210） 濾波器設(shè)計(jì)：對(duì)于一個(gè)性能良好的微波濾波器，一方面要求通帶衰減盡可能小，阻帶衰減盡可能大，亦即通帶和阻帶的衰減差值要盡量大。上圖(d)在w=0和2w等處是個(gè)極點(diǎn)，而上圖(e)在在w=0和2w等處是個(gè)零點(diǎn)。上圖(c)所示的發(fā)夾線帶通濾波器，它是把耦合微帶線折疊成發(fā)夾形式而成。其次，在微帶結(jié)構(gòu)中短路端不易實(shí)現(xiàn)和精確控制，因而所有具有短路短截線和諧振器的濾波器也不太適宜于微帶結(jié)構(gòu)。輸出電路則應(yīng)在上與器件匹配并對(duì)四次諧波以外的所有頻率予以抑制，以便獲得最大的四次諧波輸出功率。輸入匹配設(shè)計(jì)：使源阻抗在基波頻率處和FET 的輸入阻抗共軛匹配。當(dāng)時(shí)，傳輸線的阻抗是不連續(xù)的，會(huì)發(fā)生信號(hào)反射。當(dāng)負(fù)載阻抗大于特征阻抗時(shí)，電壓信號(hào)發(fā)生正向反射，電流信號(hào)發(fā)生負(fù)向反射；反之，當(dāng)負(fù)載阻抗小于特征阻抗時(shí)，電壓信號(hào)發(fā)生負(fù)向反射，電流信號(hào)發(fā)生正向反射。這就叫做達(dá)到了匹配狀態(tài)。因?yàn)樵诜蔷€性（如：丙類）工作的時(shí)候，電子器件的內(nèi)阻變動(dòng)劇烈：通流的時(shí)候，內(nèi)阻很??；截止的時(shí)候，內(nèi)阻接近無窮大。這種匹配條件稱為共扼匹配。這時(shí)在負(fù)載阻抗上可以得到最大功率。178。電流脈沖持續(xù)時(shí)間與導(dǎo)通角存在著如下關(guān)系： （25） 具體電路的設(shè)計(jì)： 阻抗匹配阻抗匹配（Impedance matching）是微波電子學(xué)里的一部分，主要用于傳輸線上，來達(dá)至所有高頻的微波信號(hào)皆能傳至負(fù)載點(diǎn)的目的，不會(huì)有信號(hào)反射回來源點(diǎn)，從而提升能源效益。對(duì)于倍頻器的工作，在這些非線性中，最常用的是整流特性，此時(shí)FET偏置為只使輸入信號(hào)波形的正半周導(dǎo)通。柵極電壓在Vgmax()至2Vgg一Vgmax之間變化。圖中在該電路的輸入端，除諧振電路的激勵(lì)頻率外，其它頻率上FET的柵極是 呈短路的。圖1 有源倍頻器原理圖 確定適合的靜態(tài)工作點(diǎn)所謂靜態(tài)工作點(diǎn)就是輸入信號(hào)為零時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)，這些直流電流、電壓的數(shù)值在三極管特性曲線上表示為一個(gè)確定的點(diǎn)，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的就是要保證在被放大的交流信號(hào)加入電路時(shí)，不論是正半周還是負(fù)半周都能滿足發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置的三極管放大狀態(tài)。本文介紹了一種倍頻器設(shè)計(jì)方法。而采用有源微波晶體場(chǎng)效應(yīng)管的非線性跨導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)倍頻，由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管在利用非線性跨導(dǎo)的同時(shí)，把一部分直流能量轉(zhuǎn)化成信號(hào)能量輸出，從而可以提高倍頻效率。場(chǎng)效應(yīng)管(FET)寬帶有源倍頻器的實(shí)現(xiàn)不僅降低了產(chǎn)生信號(hào)的技術(shù)難度，噪聲小，溫度穩(wěn)定性高。用雙極晶體管的非線性，即C類放大器產(chǎn)生諧波，同時(shí)還有增益。用變?nèi)荻O管的非線性電抗實(shí)現(xiàn)參量倍頻。經(jīng)典的非線性電抗微波器件是變?nèi)荻O管和階躍恢復(fù)二極管，前者的耗盡層電容與外加電壓大小有關(guān)，在負(fù)偏壓作用下呈現(xiàn)高Q非線性電抗，后者的非線性來自擴(kuò)散電容。3)、三端器件的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)和輸出電導(dǎo)的非線性也可以實(shí)現(xiàn)倍頻，其突出優(yōu)點(diǎn)是能在一定的寬頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)倍頻增益，單向性能好，可以在輸入、輸出之間提供有效的隔離，并且電路較穩(wěn)定。對(duì)于二極管阻性倍頻器來說，它的倍頻效率將與 nZ成反比，但非線性電阻元件倍頻輸出頻率帶寬比較寬，有梁式引線結(jié)構(gòu)，便于集成，這是目前還在應(yīng)用的原因之一。其一是利用PN 結(jié)(或金屬一半導(dǎo)體結(jié))電容的非線性變化得到輸入信號(hào)的諧波，、階躍二極管倍頻器以及利用集電極非線性效應(yīng)做成的三極管倍頻器都是非線性電容構(gòu)成的倍頻器。因?yàn)楸额l次數(shù)高，故可由幾十兆赫茲的石英晶體振蕩器一級(jí)倍頻至微波，得到很穩(wěn)定的頻率輸出，但這種倍頻器輸出功率較小。但是隨著倍頻次數(shù)增加，倍頻效率和輸出功率將迅速降低。 倍頻器分類比較固態(tài)倍頻器按其倍頻次數(shù)的高低可分為兩類: 一類是低次倍頻器。因此在電子設(shè)備中倍頻成為很重要的一種技術(shù)手段。這對(duì)于那些工作頻率較高而對(duì)穩(wěn)定性要求又較嚴(yán)格的通信機(jī)和高頻設(shè)備極為重要，因?yàn)榫д竦念l率越高，相對(duì)頻率穩(wěn)定度就越低。原則上，非線性器件都能實(shí)現(xiàn)倍頻，而利用半導(dǎo)體器件的非線性實(shí)現(xiàn)的倍頻，即稱為固態(tài)倍頻器。該設(shè)計(jì)方法先推導(dǎo)了直流偏置電流公式，證明電流脈沖時(shí)間與導(dǎo)通角關(guān)系，確定適合的直流偏置，再著手匹配理論研究并結(jié)合實(shí)例對(duì)電路進(jìn)行輸入輸出的匹配，然后根據(jù)濾波器理論及實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)加入一個(gè)平行耦合濾波器進(jìn)行濾波。首先概述了FET倍頻器原理及各部分作用意義，接著介紹了設(shè)計(jì)方法。所謂倍頻器是指能完成輸入信號(hào)頻率倍增功能的電子設(shè)備。倍頻器具有以下特點(diǎn)和應(yīng)用:a)降低電子設(shè)備的主振頻率。在電子對(duì)抗中需要寬頻帶的干擾和反干擾收、發(fā)設(shè)備，若用一個(gè)振蕩器難以使它覆蓋一個(gè)倍頻程的頻段，而采用倍頻方式卻能做到一個(gè)或多個(gè)倍頻程的工作帶寬。e)利用倍頻，可以制成毫米波、亞毫米波固態(tài)源，它們?cè)谏潆娞煳?、毫米波通信、雷達(dá)、軍事偵察、監(jiān)視、制導(dǎo)等方面得到廣泛的應(yīng)用。它的倍頻效率較高(二極管二倍頻效率在50%以上，三倍頻可達(dá)40%)，輸出功率較大。單級(jí)倍頻次數(shù)可達(dá)10~20以上，倍頻器件使用階躍管，在高次倍頻時(shí)，其倍頻效率約為1/n，n為倍頻次數(shù)。另一種非線性電抗倍頻，亦稱為“參量倍頻”。對(duì)各種倍頻類型的倍頻器進(jìn)行綜合比較如下:1)、非線性電阻元件倍頻器會(huì)帶來能量損耗，所以倍頻效率較低，尤其進(jìn)行高次倍頻時(shí)，轉(zhuǎn)換效率會(huì)明顯下降。實(shí)際上，變?nèi)莨芸偸谴嬖趽p耗