【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 傳輸波的主模是準(zhǔn)TEM波。分析耦合微帶線的主模傳輸特性，常把任意激勵(lì)的耦合微帶線分成兩種對(duì)稱激勵(lì)方式來計(jì)算，一種是用等幅同相電壓Ve激勵(lì)，稱為偶模激勵(lì)。另一種是用等幅反相電壓Vo激勵(lì)，稱為奇模激勵(lì)。所以耦合微帶線的任何一種激勵(lì)就可以由這兩種激勵(lì)疊加而得。奇、偶模激勵(lì)時(shí)，耦合微帶中的電、磁場(chǎng)分布如圖34所示。偶模激勵(lì)時(shí)，中心對(duì)稱面上只有垂直分量、電場(chǎng)切線分量，因而中心對(duì)稱面為磁壁。奇模激勵(lì)時(shí)，中心對(duì)稱面上只有電場(chǎng)垂直分量、磁場(chǎng)切線分量，因而中心對(duì)稱面為電壁。由于場(chǎng)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(chǎng)分布仿標(biāo)準(zhǔn)微帶，引入奇、偶模有效介電常數(shù)： （31） （32）式中的和分別為奇、偶模介質(zhì)填充系數(shù)。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(zhì)基片相對(duì)介電常數(shù))的奇、偶模單位長(zhǎng)度分布電容。關(guān)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(xì)的一一介紹了。其實(shí)我們可以從圖容易看出，實(shí)際設(shè)計(jì)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(shù)。在給出不同基片(即不同參數(shù))的耦合微帶以及在一定的耦合縫隙S時(shí)，特性阻抗與W/h存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。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(jìn)而可求得我們所設(shè)計(jì)微帶條尺寸W和S。其實(shí)例可由如下圖35所示，每一個(gè)微帶尺寸就相應(yīng)對(duì)著一對(duì)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(gòu)成，其電路如下圖36所示。圖36微帶線傳輸線及負(fù)載連接結(jié)構(gòu)計(jì)算傳輸線上某點(diǎn)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。指數(shù)項(xiàng)表示經(jīng)傳輸一段距離后在相位上引起的滯后，是終端負(fù)載。顯然在終端即時(shí)，當(dāng)滿足或者，則有，此時(shí)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(duì)偶，所以我們可以只討論其中的一種，按照對(duì)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(zhǎng)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(dāng) (n=1,2,3……)時(shí)，則輸入阻抗變?yōu)? （36）在該諧振器電路中，一般為半波長(zhǎng)活四分之一波長(zhǎng)，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(shí)的輸入阻抗，形成串聯(lián)諧振。(2)當(dāng) (n=1,2,3……)時(shí)，則輸入阻抗變?yōu)? （37）同理可得到，故此時(shí)的輸入阻抗，形成并聯(lián)諧振[1]。 微帶線匹配原理簡(jiǎn)介廣義上的阻抗匹配當(dāng)負(fù)載阻抗和信號(hào)源阻抗共軛，即實(shí)現(xiàn)功率的最大傳輸時(shí)滿足式子：= （38）在射頻微波電路中通常使用發(fā)射系數(shù)描述阻抗，用波的概念來描述信號(hào)大小。一般情況下，負(fù)載與信號(hào)源是不匹配的，需要增加一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，與負(fù)載組合起來形成一個(gè)等效負(fù)載。如下圖38所示，入射波為，反射波為，等效的反射系數(shù)為: （39）信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的波幅為，即第一個(gè)入射波為，的反射波為,那么的反射波為，依次類推，朝著信號(hào)發(fā)生器方向的反射波總和為: （310）圖38信號(hào)源端口的反射波所以可得負(fù)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(jīng)常會(huì)用到[1]。4 帶通濾波器的設(shè)計(jì)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(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計(jì)微波濾波器的基礎(chǔ)，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(jù)此原型特性推導(dǎo)出來的。正因如此才使微波濾波器的設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)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(biāo)以分貝為單位，為衰減度，為通帶內(nèi)最大衰減度。為歸一化截止頻率，當(dāng)歸一化頻率大于時(shí)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(jié)構(gòu)如圖42所示。上圖兩者都可以用作低通原型濾波器，其響應(yīng)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(hào)源內(nèi)阻，也可以把右邊的電阻看成信號(hào)源的內(nèi)阻。圖中各元件的物理意義如下:為串聯(lián)電感或并聯(lián)電容值。在圖42（a）中，為信號(hào)源的內(nèi)電導(dǎo)，而在圖42（b）中，為信號(hào)源的內(nèi)電阻，而對(duì)于，當(dāng)最后一個(gè)元件是并聯(lián)電容時(shí)，為負(fù)載電阻值。當(dāng)最后一個(gè)元件是串聯(lián)電感時(shí)為負(fù)載電導(dǎo)值。等波紋濾波器的設(shè)計(jì)思想就是用切比雪夫多項(xiàng)式來描述濾波器插入損耗的函數(shù)特征： (41)上式中： (42) (43)那么，在內(nèi)，即切比雪夫通帶內(nèi)波紋的幅度就可以根據(jù)上二式，適當(dāng)選擇a來控制。顯然，=1時(shí)，通帶內(nèi)的最大衰減是 (44)即可有： (45)其中為波紋指標(biāo)，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。即波紋大小與陡峭是沖突的，應(yīng)當(dāng)在滿足帶外衰減的基礎(chǔ)上合理的選擇a的值，使波紋盡可能的小。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)。此時(shí)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)。同時(shí)，可以根據(jù)上面的式子可以發(fā)現(xiàn)，濾波器的階數(shù)跟截止頻率的衰減度以及通帶內(nèi)的波紋指數(shù)有關(guān)。其關(guān)系是當(dāng)在一定的階數(shù)即N不變時(shí)，通帶內(nèi)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(dāng)在一定的波紋指標(biāo)下，從圖43中看出，歸一化頻率確定后，相應(yīng)的衰減度就對(duì)應(yīng)著濾波器的階數(shù)。圖43紋波為3dB的契比雪夫?yàn)V波器衰減特性[4]要使在截止頻率處的衰減度加大時(shí)，可通過增加濾波器的階數(shù)來滿足。當(dāng)確定好所設(shè)計(jì)濾波器的階數(shù)以及波紋指標(biāo)，就可以根據(jù)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(jìn)一步計(jì)算出奇偶模阻抗。所以濾波器的階數(shù)以及波紋指標(biāo)，一定要首先確定后，這是個(gè)循序漸進(jìn)的過程。 契比雪夫帶通濾波器根據(jù)所設(shè)計(jì)濾波器的指標(biāo)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]。下面為從低通原型濾波器到帶通時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率關(guān)系，從圖44中可以看到當(dāng)為上邊頻或下邊頻時(shí)，而當(dāng)或者時(shí)。圖44低通原型濾波器帶通時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率關(guān)系由此可以得到歸一化頻率到實(shí)際頻率的映射關(guān)系式 (49)其中心頻率計(jì)算公式： (410)其相對(duì)帶寬BW為： (411)它的變換式可得如下： (412)頻率變換關(guān)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(lián)。下圖45給出了低通原型向帶通濾波器的變換關(guān)系：等效低通原型元件 轉(zhuǎn)化帶通元件圖45低通原型濾波器向帶通轉(zhuǎn)化時(shí)對(duì)應(yīng)的關(guān)系[4]所以通過頻率變換，就可以設(shè)計(jì)出集總參數(shù)的帶通濾波器，上圖中的變換關(guān)系為：,。除了以上的頻率變換外，還必須注意此時(shí)源阻抗和負(fù)載阻抗均為1，所以要徹底將歸一化元器件參數(shù)變成實(shí)際值時(shí)，就必須在上面頻率變換的基礎(chǔ)上對(duì)所有阻抗表達(dá)式做比例變換。將實(shí)際電阻倍乘濾波器元件參數(shù)。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(xiàn)代電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一。濾波器在電子電路和系統(tǒng)中的作用是選擇某一頻帶內(nèi)的有用信號(hào)，并把此頻帶之外的無用信號(hào)抑制掉，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。在前面低通原型理論的基礎(chǔ)上，下面將介紹微帶型帶通濾波器的一些結(jié)構(gòu)形式及它們的設(shè)計(jì)步驟[4]。在微帶帶通濾波器中，也經(jīng)常用半波長(zhǎng)平行耦合諧振電路來級(jí)聯(lián)形成帶通濾波器。其濾波器的結(jié)構(gòu)形式可參考下面生成的版圖，此種濾波器的結(jié)構(gòu)形式使相鄰的半波長(zhǎng)諧振單元彼此平行排列，其耦