【文章內容簡介】 傳輸波的主模是準TEM波。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。另一種是用等幅反相電壓Vo激勵，稱為奇模激勵。所以耦合微帶線的任何一種激勵就可以由這兩種激勵疊加而得。奇、偶模激勵時，耦合微帶中的電、磁場分布如圖34所示。偶模激勵時，中心對稱面上只有垂直分量、電場切線分量，因而中心對稱面為磁壁。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。由于場分布不同，故奇、偶模的參量也不同[2，11]。圖34耦合微帶線奇偶模磁電場分布仿標準微帶，引入奇、偶模有效介電常數： （31） （32）式中的和分別為奇、偶模介質填充系數。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。和分別代表耦合微帶(介質基片相對介電常數)的奇、偶模單位長度分布電容。關于耦合微帶的奇偶模特性阻抗的精確求解的方法很多，這里就不詳細的一一介紹了。其實我們可以從圖容易看出，實際設計中直接涉及的參量是，他們均是耦合微帶幾何尺寸w、S、h和t的函數。在給出不同基片(即不同參數)的耦合微帶以及在一定的耦合縫隙S時，特性阻抗與W/h存在著一一對應關系。利用這層關系，根據不同的參數，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。其實例可由如下圖35所示，每一個微帶尺寸就相應對著一對奇偶模阻抗。圖35耦合微帶線奇偶模特性阻抗[11] 微帶諧振原理微帶傳輸線諧振器是由一段開路或短路微帶線構成，其電路如下圖36所示。圖36微帶線傳輸線及負載連接結構計算傳輸線上某點的反射系數公式為: （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。指數項表示經傳輸一段距離后在相位上引起的滯后，是終端負載。顯然在終端即時，當滿足或者，則有，此時電磁波在開路端或短路端上全反射，在微帶線上形成駐波，從而發(fā)生諧振。理想的微帶線諧振器如下圖37所示，圖37（a）是終端短路式，圖37（b）是終端開路式。兩者互為對偶，所以我們可以只討論其中的一種，按照對偶定理另一種即可推得[1]。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，形成串聯諧振。(2)當 (n=1,2,3……)時，則輸入阻抗變?yōu)? （37）同理可得到，故此時的輸入阻抗，形成并聯諧振[1]。 微帶線匹配原理簡介廣義上的阻抗匹配當負載阻抗和信號源阻抗共軛，即實現功率的最大傳輸時滿足式子：= （38）在射頻微波電路中通常使用發(fā)射系數描述阻抗，用波的概念來描述信號大小。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絡，與負載組合起來形成一個等效負載。如下圖38所示，入射波為，反射波為，等效的反射系數為: （39）信號發(fā)生器發(fā)出的波幅為，即第一個入射波為，的反射波為,那么的反射波為，依次類推，朝著信號發(fā)生器方向的反射波總和為: （310）圖38信號源端口的反射波所以可得負載功率的公式為： （311）所以，就是阻抗共軛匹配的一種等效方法，在射頻微波電路中經常會用到[1]。4 帶通濾波器的設計原理 歸一化低通原型濾波器集總元件低通原型濾波器是用現代網絡綜合法設計微波濾波器的基礎，各種低通、高通、帶通、帶阻微波濾波器，其傳輸特性大都是根據此原型特性推導出來的。正因如此才使微波濾波器的設計得以簡化，精度得以提高[4,5,8]。首先我們先看低通原型濾波器的頻率衰減特性，如下圖41所示：圖41低通原型濾波器的頻率衰減特性[4]圖中橫坐標以分貝為單位，為衰減度，為通帶內最大衰減度。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。圖42（a）低通原型濾波器[4]圖42（b）低通原型濾波器[4]低通原型濾波器梯形電路結構如圖42所示。上圖兩者都可以用作低通原型濾波器，其響應相同。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阻，也可以把右邊的電阻看成信號源的內阻。圖中各元件的物理意義如下:為串聯電感或并聯電容值。在圖42（a）中，為信號源的內電導，而在圖42（b）中，為信號源的內電阻，而對于，當最后一個元件是并聯電容時，為負載電阻值。當最后一個元件是串聯電感時為負載電導值。等波紋濾波器的設計思想就是用切比雪夫多項式來描述濾波器插入損耗的函數特征： (41)上式中： (42) (43)那么，在內，即切比雪夫通帶內波紋的幅度就可以根據上二式，適當選擇a來控制。顯然，=1時，通帶內的最大衰減是 (44)即可有： (45)其中為波紋指標，若需要波紋值為1dB，則根據上式可得： (46)通帶內的波紋越大則通帶到阻帶的過渡就越陡峭。即波紋大小與陡峭是沖突的，應當在滿足帶外衰減的基礎上合理的選擇a的值，使波紋盡可能的小。當知道濾波器的帶外截止衰減時，我們可以計算出低通原型所需的元件數。此時滿足關系式 (47)將式代入上式不等式，可得到 (48)所需濾波器階數為N=[n]+1，從而可得到集中參數電路結構。同時，可以根據上面的式子可以發(fā)現，濾波器的階數跟截止頻率的衰減度以及通帶內的波紋指數有關。其關系是當在一定的階數即N不變時，通帶內的波紋越大，其截止頻率處的衰減度就越大。反之衰減度就越小[4,5]。當在一定的波紋指標下，從圖43中看出，歸一化頻率確定后，相應的衰減度就對應著濾波器的階數。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來滿足。當確定好所設計濾波器的階數以及波紋指標，就可以根據切比雪夫元件值表查出元件的歸一化值，:N123456789由此表值就可進一步計算出奇偶模阻抗。所以濾波器的階數以及波紋指標，一定要首先確定后，這是個循序漸進的過程。 契比雪夫帶通濾波器根據所設計濾波器的指標而確定低通原型的電路結構后，再由低通原型濾波器經過頻率變換，就可得到低通、高通、帶通和帶阻四種濾波器[4]。下面為從低通原型濾波器到帶通時對應的頻率關系，從圖44中可以看到當為上邊頻或下邊頻時，而當或者時。圖44低通原型濾波器帶通時對應的頻率關系由此可以得到歸一化頻率到實際頻率的映射關系式 (49)其中心頻率計算公式： (410)其相對帶寬BW為： (411)它的變換式可得如下： (412)頻率變換關系映射區(qū)域如下：,。同樣可觀察到低通原型的電容元件變換到帶通濾波器中成了電感和電容相并聯。下圖45給出了低通原型向帶通濾波器的變換關系：等效低通原型元件 轉化帶通元件圖45低通原型濾波器向帶通轉化時對應的關系[4]所以通過頻率變換，就可以設計出集總參數的帶通濾波器，上圖中的變換關系為：,。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。將實際電阻倍乘濾波器元件參數。即：,。 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，是現代電子系統中的關鍵部件之一。濾波器在電子電路和系統中的作用是選擇某一頻帶內的有用信號，并把此頻帶之外的無用信號抑制掉，微帶線型濾波器是一種分布參數濾波器，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。在前面低通原型理論的基礎上，下面將介紹微帶型帶通濾波器的一些結構形式及它們的設計步驟[4]。在微帶帶通濾波器中，也經常用半波長平行耦合諧振電路來級聯形成帶通濾波器。其濾波器的結構形式可參考下面生成的版圖，此種濾波器的結構形式使相鄰的半波長諧振單元彼此平行排列，其耦