【正文】 致謝在這幾個月的時間里，從對畢業(yè)設計課題的理解，方案的設計，到最終印刷電路板的制作，再到論文的寫作，中間傾注了自己很多的努力和汗水，當然也滿滿的載著老師和同學的關(guān)心和無私的幫助。材料特性、工藝參數(shù)、微帶濾波器的封裝腔體等方面的偏差，都對濾波器的參數(shù)性能有很大的影響，如工作頻率的漂移、工作帶寬的變化以及傳輸與反射參數(shù)惡化等。把此文件發(fā)給PCB廠后做出的實物濾波器后，焊接添加接頭后的實際版圖如圖514所示：圖514加工做成的實物耦合帶通微帶濾波器實物做成以后，整個設計工作就告一段落，為了查看設計實物是否達到要求指標，接下來就要進行測試、調(diào)試工作。導出版圖后，添加PORT管腳，就可以放心進行EM仿真[7]。因此，對邊界條件影響較大濾波器在設計封裝腔體時應使其寬度盡量小于半波長，以避免引入雜波影響濾波器的指標性能。除了上述在軟件設計時該注意的問題外，在具體制板中同樣要注意可能會影響濾波器性能的相關(guān)因數(shù)。依靠原理圖仿真的結(jié)果去制作相應的濾波器，那么濾波器的實際測量結(jié)果會和原理圖仿真存在著較大的差別，甚至浪費材料。這是由于在設計平行耦合微帶帶通濾波器時沒有考慮邊緣場效應的影響，為此需要進行優(yōu)化設定優(yōu)化目標及優(yōu)化控制器參數(shù)。圖54契比雪夫濾波器衰減特性圖[4]再由圖54契比雪夫低通濾波器的衰減特性和計算出的歸一化頻率，可由圖54方便看出其低頻等效梯形網(wǎng)絡濾波器階數(shù)大約為5，所以取N=5。如圖53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)。在以往設計各種濾波器時，往往需要根據(jù)大量復雜的經(jīng)驗公式計算及查表來確定濾波器的各級參數(shù)，這樣的方法不但復雜繁瑣，而且所設計濾波器往往性能指標難以達到要求。 平行耦合帶通濾波器微波帶通濾波器是一種被廣泛研究的微波濾波器類型，它的品種繁多，性能各異，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一。 契比雪夫帶通濾波器根據(jù)所設計濾波器的指標而確定低通原型的電路結(jié)構(gòu)后，再由低通原型濾波器經(jīng)過頻率變換，就可得到低通、高通、帶通和帶阻四種濾波器[4]。此時滿足關(guān)系式 (47)將式代入上式不等式，可得到 (48)所需濾波器階數(shù)為N=[n]+1，從而可得到集中參數(shù)電路結(jié)構(gòu)。由于該電路是可逆的，故既可以把左邊的電阻看成信號源內(nèi)阻，也可以把右邊的電阻看成信號源的內(nèi)阻。一般情況下，負載與信號源是不匹配的，需要增加一個雙端口網(wǎng)絡，與負載組合起來形成一個等效負載。圖36微帶線傳輸線及負載連接結(jié)構(gòu)計算傳輸線上某點的反射系數(shù)公式為: （35）上式中，和分別是我們研究傳輸線上的反射波電壓和入射波電壓。于是耦合微帶的奇、偶模特性阻抗為： （33） （34）上式中，和分別為空氣耦合微帶的奇、偶模特性阻抗。分析耦合微帶線的主模傳輸特性，常把任意激勵的耦合微帶線分成兩種對稱激勵方式來計算，一種是用等幅同相電壓Ve激勵，稱為偶模激勵。在高頻情況下，趨膚效應減小了微帶導體的有效截面積，更增大了這部分損耗?；疚Ь€的立體結(jié)構(gòu)圖：圖31基本微帶線結(jié)構(gòu)圖 微帶線基本特性由于微帶線是由平行雙線演變而來，但因?qū)w之間夾入了介質(zhì)基片，使情況復雜化。即和的數(shù)值可以分別通過計算和的比值得到。用信號源電壓與信號源內(nèi)阻上的電壓降之差替代可得: （210）由此可見，2端口的電壓與信號源電壓有直接關(guān)系，可以表示網(wǎng)絡的正向電壓增益。有一些圖表是以導納值(admittance)來表示，把上述的阻抗值版本旋轉(zhuǎn)180度即可。史密斯(Phillip Smith)于1939年發(fā)明的，當時他在美國的RCA公司工作。；表示端口2匹配時，端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)。但是利用S參數(shù)，射頻電路設計者可以在避開不現(xiàn)實的終端條件以及避免造成待測器件損壞的前提下，用兩端口網(wǎng)絡的分析方法來確定幾乎所有射頻器件的特征。這就是微波網(wǎng)絡的分析。然后分析了微帶濾波器的二端口網(wǎng)絡理論以及微帶線的傳輸特性。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微帶濾波器的種類日益增多。而微波帶通濾波器作為微波器件的一種也得到了大力的發(fā)展，尤其是在通信系統(tǒng)的接收機前端，帶通濾波器性能的優(yōu)劣直接影響到整個接收機性能的好壞。本設計中心頻率在2GHz左右，正是民商用S波段，具有很高實用價值。而射頻耦合帶通濾波器作為微波器件的一種也得到了大力的發(fā)展，尤其是在接收機前端，帶通濾波器性能的優(yōu)劣直接影響到整個接收機性能的好壞。關(guān)鍵詞：射頻；帶通濾波器；平行耦合微帶線；ADS軟件ABSTRACTWith the rapid development of mercial wireless munications, RF and microwave circuits gets more and more attention and RF coupling bandpass filter has a strong development as one of microwave devices, especially in the receiver frontend, bandpass filter39。濾波器在各種系統(tǒng)中的各位置都起著舉足輕重的作用。其中微帶線帶通濾波器品種繁多，性能各異，是一種在射頻微波通信電路中被廣泛研究的濾波器類型。雖然，實現(xiàn)微波濾波器的物理尺寸是不斷變化的，但其電路的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)常常是固定的。無論哪種情況，用于確定Z參量、Y參量、H參量以及ABCD參量所必需的開路、短路條件都不再能夠嚴格成立。另外，這三種網(wǎng)絡參數(shù)的測量不是要求端口開路就是要求端口短路，這在微波頻率下： （25）或簡寫為；式中，稱為雙端口網(wǎng)絡的散射矩陣，簡稱[S]矩陣，它的各參數(shù)意義分別如下：；表示端口2匹配時，端口1的反射系數(shù)。史密斯圖(Smith chart)是一款用于電機與電子工程學的圖表，主要用于傳輸線的阻抗匹配上。圖表最中間的點(1+j0)代表一個已匹配(matched)的電阻數(shù)值()，同時其反射系數(shù)的值會是零。也就是說，當要測量和時，就要先確保輸出端口特性阻抗為的傳輸線處于匹配狀態(tài)，即形成的情況[2]。最常用的方法之一是采用矢量網(wǎng)絡分析儀。其縱向尺寸雖和工作波長可以比擬，也可以方便地解決匹配問題。下面介紹一下微帶線的損耗分成三部分:(1)介質(zhì)損耗，當電場通過介質(zhì)時，由于介質(zhì)分子交替極化和晶格來回碰撞，而產(chǎn)生的熱損耗。 耦合微帶線微波集成電路中，在標準微帶中再加一帶條就構(gòu)成耦合微帶。奇模激勵時，中心對稱面上只有電場垂直分量、磁場切線分量，因而中心對稱面為電壁。利用這層關(guān)系，根據(jù)不同的參數(shù)，就可以繪制出不同的特性曲線，進而可求得我們所設計微帶條尺寸W和S。圖37微帶諧振電路由上圖可知，隨著微帶線諧振長度的不同，輸入阻抗的特性就不一樣，在此有兩種極端情況：(1)當 (n=1,2,3……)時，則輸入阻抗變?yōu)? （36）在該諧振器電路中，一般為半波長活四分之一波長，且微帶線本身的衰減常數(shù)也很小，所以我們可以近似看成,故此時的輸入阻抗，形成串聯(lián)諧振。為歸一化截止頻率，當歸一化頻率大于時為阻帶反之為通帶。顯然，=1時，通帶內(nèi)的最大衰減是 (44)即可有： (45)其中為波紋指標，若需要波紋值為1dB，則根據(jù)上式可得： (46)通帶內(nèi)的波紋越大則通帶到阻帶的過渡就越陡峭。圖43紋波為3dB的契比雪夫濾波器衰減特性[4]要使在截止頻率處的衰減度加大時，可通過增加濾波器的階數(shù)來滿足。除了以上的頻率變換外，還必須注意此時源阻抗和負載阻抗均為1，所以要徹底將歸一化元器件參數(shù)變成實際值時，就必須在上面頻率變換的基礎上對所有阻抗表達式做比例變換。因而，同上一節(jié)介紹的終端耦合微帶線濾波器相比，: （413） （414）其中： （415） （416） （417）以上式中為低通原型濾波器歸一化值，其值的確定由上一節(jié)理論知識獲得。因此，單個耦合微帶濾波器單元能夠等效成如圖 52 (b)所示的一個導納倒置轉(zhuǎn)換器和接在兩邊傳輸線段的組合。圖53級聯(lián)耦合微帶線帶通濾波器耦合線帶通微帶濾波器的階數(shù)越高，其矩形系數(shù)越好，越接近理想濾波器，但是其參數(shù)會變壞，甚至達不到設計要求，所以設計時要綜合考慮[7]。表53 LineCalc計算后的物理尺寸參數(shù)物理尺寸12345W(mm)S(mm)L(mm)ADS有強大的計算功能，利用其自帶的計算工具LineCalc可以方便快捷算出需要的結(jié)果，避免了繁瑣計算。在優(yōu)化過程中，加入變量時要考慮實際制版時尺寸的影響，所以采用離散優(yōu)化（不采用連續(xù)變化優(yōu)化的原因，且如此，仿真花費時間更少一點），,但這可能達不到想要的結(jié)果，可再多設置多一點的離散點數(shù)，要多次優(yōu)化，可能最終也達不到指標，此時只有改變微帶線參數(shù)值，重新進行仿真，直至達到預期的優(yōu)化結(jié)果。它可以接受任意平而幾何形狀，并精確地仿真分析復雜地寄生，結(jié)構(gòu)間的耦合效應?；牧系慕殡姵?shù)、厚度以及介質(zhì)損耗角等參數(shù)稍有變化，就會影響濾波器的整體性能指標，因此在