【文章內(nèi)容簡介】 聯(lián)諧振器，在并聯(lián)支路中又有串聯(lián)諧振器。對(duì)于這種復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)對(duì)微波濾波器來說，實(shí)現(xiàn)起來有一定的困難，尤其是利用微帶線的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)就更為困難了[5]。對(duì)于這種情況，需要將電路中的復(fù)雜電路轉(zhuǎn)換成單一電路來簡化電路結(jié)構(gòu)，對(duì)于電路結(jié)構(gòu)的簡化，已經(jīng)在上一節(jié)做了介紹，所以需要引入導(dǎo)納倒置變換器來實(shí)現(xiàn)。（a）所示的導(dǎo)納為 （）（b）所示的導(dǎo)納為 （）兩個(gè)電路等效，則有 ，即 （）為了得到在變換后的電路中元件值與原電路的元件的關(guān)系，使其對(duì)應(yīng)的相等，則有 ， ， ， （）按照設(shè)計(jì)的思路，通過引入導(dǎo)納倒置變換器。 只含有導(dǎo)納倒置變換器和并聯(lián)支路的雙頻帶通濾波器根據(jù)公式（）， （） （） （） ，經(jīng)過一次電路轉(zhuǎn)換后得到的雙頻帶通濾波器，它的每一個(gè)并聯(lián)支路中又出現(xiàn)了新的串聯(lián)支路和新的并聯(lián)支路，設(shè)計(jì)需要的是電路中只存在一種電路結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)電路構(gòu)想，可以通過第二次引入倒置變換器來進(jìn)行電路變換，這種電路的變換可以產(chǎn)生兩種結(jié)果，一種是電路中只會(huì)存在串聯(lián)諧振回路，另一種是電路中只會(huì)存在并聯(lián)諧振回路。 （a） （b） 只含有一種諧振電路的雙頻帶通濾波器 （a）串聯(lián)諧振回路（b）并聯(lián)諧振回路（a）中，相應(yīng)的元器件的值分別為 （） 、是由濾波器的原型參數(shù)決定的：、可由公式（）求出，和的值分別由、確定，由于和理論上可以取任意實(shí)數(shù)，所以濾波器設(shè)計(jì)具有很大的靈活性。（b）所示的電路，計(jì)算公式為 （） 傳輸線諧振器通過兩次電路變換后，得到的新的雙頻帶通濾波器電路結(jié)構(gòu)中只含有導(dǎo)納倒置變換器和理想的串聯(lián)諧振回路或者并聯(lián)諧振回路。在第二節(jié)中介紹了，通過轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)的方法有很多，對(duì)于不同的元件，不同的應(yīng)用，會(huì)有不同的轉(zhuǎn)化過程和轉(zhuǎn)化方式。如在電路中的倒置變換器可以采用均勻傳輸線、半集總參數(shù)電路、終端開路的平行耦合線等實(shí)現(xiàn)，但是考慮到電路的實(shí)用性與簡易性，倒置變換器一般采用四分之一波長的微帶傳輸線來實(shí)現(xiàn)。，其特性阻抗為，長度為，寬度為。對(duì)于諧振頻率來說，其電長度為四分之一波長。 四分之一波長開路微帶線 串聯(lián)LC諧振電路相應(yīng)的阻抗計(jì)算公式為 （）在頻率處，其輸入阻抗為零，輸入導(dǎo)納無限大，相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)諧振電路，諧振電路的諧振頻率為。由此可見，可以利用四分之一開路線微帶線代替電路中的串聯(lián)諧振回路。串聯(lián)諧振回路的阻抗為 （）從阻抗計(jì)算公式（）和（）可以看出，終端開路的微帶線與串聯(lián)諧振電路的輸入阻抗頻率響應(yīng)特性不同，在實(shí)際之中，只要滿足在諧振頻率的附近相等就好了，令兩個(gè)電路的電抗斜率參量在處相等，即 （）最終得到的傳輸線的特性阻抗與串聯(lián)諧振電路的關(guān)系為 （3,15），其特性阻抗為，長度為，寬度為，對(duì)于諧振頻率來說，電長度為四分之一波長。 四分之一波長短路微帶線 并聯(lián)諧振電路相應(yīng)的導(dǎo)納計(jì)算公式為 （）在諧振頻率處，電路輸入導(dǎo)納為零，輸入阻抗無窮大，相當(dāng)于一個(gè)并聯(lián)的諧振電路，諧振電路的諧振頻率為。可以得出，四分之一短路微帶線可以被用來代替電路中的并聯(lián)諧振電路。并聯(lián)諧振電路的輸入導(dǎo)納為 （）從導(dǎo)納計(jì)算公式（）與（）可以看出，終端開路的微帶線與串聯(lián)諧振電路的輸入阻抗的頻率響應(yīng)還是有不同的，為了使在諧振頻率附近的兩個(gè)電路的頻率響應(yīng)特性也相同，令兩個(gè)電路的電抗斜率參量在處相等，則 （)最終得到的傳輸線的特性阻抗與并聯(lián)諧振回路的關(guān)系為 （）4設(shè)計(jì)實(shí)例 集總參數(shù)元件設(shè)計(jì)對(duì)于微波雙頻帶通濾波器的設(shè)計(jì)我們先通過分立元件的仿真來驗(yàn)證雙頻濾波器理論的正確性，通過分立元件的仿真不但可以驗(yàn)證理論的正確性，還可以為后面的微帶線微波雙頻帶通濾波器的仿真提供必要的幫助。設(shè)計(jì)參數(shù)選擇如下： 中心頻率： GHz, GHz輸入輸出阻抗：50級(jí)數(shù)： ，之所以選擇2階作為低通原型，是因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)電路進(jìn)行一定的變換，如果階數(shù)選擇過高，會(huì)使我們的電路變形很復(fù)雜，而且計(jì)算量會(huì)很大且容易出錯(cuò)。通帶波紋： 通頻帶帶寬： 均為80MHz低通原型原件值[13]： 通過參數(shù)計(jì)算， 從圖可以看出，帶通濾波器在m1處的中心頻率符合我們的設(shè)計(jì)要求。在理論部分的設(shè)計(jì)中已經(jīng)提出了雙頻帶帶通濾波器可以通過兩次頻率變換轉(zhuǎn)換而來，在給定的參數(shù)下，通過參數(shù)計(jì)算可以得出分立元件各個(gè)元件值的大小。 雙頻帶通濾波器 由上面幾個(gè)圖可以看出，，他們的插入損耗也都符合本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。雖然在中心頻率附近有些許差異，但這個(gè)差異在預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)的雙頻帶通濾波器的允許范圍之內(nèi)，由此可見，雙頻帶通濾波器在理論方面的設(shè)計(jì)是完全正確的。雖然它不夠完美，但在之后的微波雙頻帶通濾波器的設(shè)計(jì)處理上可以加入優(yōu)化控件，這樣使得設(shè)計(jì)的雙頻帶通濾波器的誤差更加一步的減少，也使理論更加完美與正確，所以，用分立元件首先來做這個(gè)驗(yàn)證是非常有必要的。（1） 中心頻率：GHz , GHz（2） 帶寬都為24MHz（3） 通帶波紋：（4） 輸入輸出特性阻抗50（1） 介電常數(shù)； （2） 基板厚度；（3） 損耗正切角；（4） 相對(duì)磁導(dǎo)率。 微帶線參數(shù)計(jì)算電路選擇切比雪夫式低通原型，考慮到在集總參數(shù)濾波器電路中，如果采用并聯(lián)諧振器，其分布參數(shù)電路需要用四分之一短路線來實(shí)現(xiàn)，這樣不利于電路的簡易性，所以分布參數(shù)電路采用四分之一開路線來實(shí)現(xiàn)，即采用導(dǎo)納倒置變換器和串聯(lián)諧振回路來實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)，以此結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)雙頻特性。取通過公式計(jì)算，得 ， ， ， ， ， 電路中的倒置變換器可以用四分之一波長的微帶傳輸線來實(shí)現(xiàn)，串聯(lián)諧振電路可以用四分之一開路微帶線來代替。變換后的分布元件傳輸線對(duì)應(yīng)的特性阻抗分別為 ， ， ， 通過參數(shù)的計(jì)算，最后微帶線的長寬如下所示 ： ， ： ， : ， ： , ： ， （1）運(yùn)行ADS2011,打開ADS主窗口。執(zhí)行菜單命令[File] [New] [Workspace]，或點(diǎn)圖標(biāo)創(chuàng)建一個(gè)工程文件。 ADS2011工程文件的窗口 （2）建立原理圖工程，執(zhí)行菜單命令[File] [New] [Schematic],或點(diǎn)圖標(biāo)。 ADS軟件的原理窗口（3） 在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇TLinesMicrostrip元件面板列表，并選擇5個(gè)MLIN、4個(gè)MLOC、。 元件圖（4） 打開原件庫，選擇SimulaionS_param庫，添加2個(gè)Term原件，在加一個(gè)SP，用線連接原件，構(gòu)成完整電路原理圖。 電路原理圖 （5）用鼠標(biāo)雙擊原件MLIN,依次修改原件參數(shù)。 MLIN參數(shù)設(shè)置（6） 設(shè)置好參數(shù)以后， 完整電路圖由于微帶線是由覆蓋在電介質(zhì)表面上的金屬材料構(gòu)成，不同的金屬材料和介質(zhì)材料的電氣特性導(dǎo)致相同尺寸的微帶線的特性阻抗不同，所以需要對(duì)微帶線的進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。微帶線的參數(shù)設(shè)置方法如下：（1） 將計(jì)算出的的結(jié)構(gòu)尺寸輸入ADS中相對(duì)應(yīng)的微帶線處；（2） 在微帶線器件面板中找到微帶線參數(shù)設(shè)置控件MSUB，將其插入到電路原理圖中； 雙擊微帶線參數(shù)設(shè)置控件，彈出參數(shù)設(shè)置窗口，按照以下內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置： l l H=， l l Er=， l l Mur=1，表示微帶線介質(zhì)基片磁導(dǎo)率為1l Cond=+50，+50 l l Hu=+034mil，+034 mils l l T=0，表示微帶線金屬片的厚度為0 l l TanD=， l Roungh=0mm，表示微帶線的表面粗糙度為0 mm雙擊MSUB原件。 參數(shù)設(shè)計(jì)過程圖 原理圖設(shè)計(jì)完成后，接下來進(jìn)行原理圖仿真，根據(jù)設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求，主要是對(duì)它的S參數(shù)進(jìn)行仿真和分析。步驟如下： （1） 在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇S參數(shù)仿真元件面板“SimulationS_Param”，選擇“Term”放置在功率分配器2個(gè)端口上，用來定義端口1和2。單擊工具欄中的接地圖標(biāo)，放置2個(gè)“地”，連接好電路原理圖。 （2）選擇S參數(shù)掃描控件“SP”，放置在原理圖中。雙擊SParam，設(shè)置掃描類型（Sweep Type）為線性（Linear），步長選擇為5MHz，完成設(shè)置的“SP”控件。 設(shè)置掃描圖 （3）設(shè)置好參數(shù)，點(diǎn)擊保存。然后單擊工具欄中的[Simulate]按鈕進(jìn)行仿真。 仿真窗口 （4）選擇要顯示的S(2,1)和S(1,1),單擊【Add】按鈕，在彈出的“Camplex Data”對(duì)話框中選擇dB為單位。 仿真面板設(shè)置（5）單擊【OK】按鈕，返回“Plot Traces ＆ Attribu