【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， 可作為帶通濾波器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。兩種 常見(jiàn)的低通濾波器原型： （ 1）平坦低通濾波器特性曲線 (如圖 22所示 )： 圖 22最大平坦低通濾波器特性曲線 數(shù)學(xué)表示式如（ 21） : ? ? ??????????????????naL239。139。39。 1lg10???? dB (21) （ 21）中 ?滿足關(guān)系式（ 22）： ? ? ArL??1lg10 ? (22) N對(duì)應(yīng)于電路所需級(jí)數(shù)。 6 特點(diǎn)： 39。? = 0處 (2n1)階的導(dǎo)數(shù) =0 ,1? 定義為衰減 3dB的頻帶邊緣點(diǎn) (2) 切比雪夫低通濾波器特性曲線（如圖 23所示）： 圖 23切比雪夫低通濾波器特性曲線 數(shù)學(xué)表示式如（ 23）、（ 24）： ? ?39。139。39。139。1239。 c o sc o s1lg10???????? ?????????? ???????? nLA (23) ? ?39。139。39。139。1239。 c o s hc o s h1lg10?????????????? ???????? nLA (24) (23),(24)中 ?滿足關(guān)系式 (25)： ? ? ArL??1lg10 ? (25) n仍舊是電路里電抗元件的數(shù)目。 特點(diǎn)：帶內(nèi)衰減呈波紋特性 ArL 定義為等波紋頻帶的邊緣頻率。 最大平坦衰減特性曲線與切比雪夫特性曲線比較可以看出： 若通帶內(nèi)允許的衰減量 ArL 和電抗元件的數(shù)目 n為一定，則切比雪夫?yàn)V波器的截止速率更快 [8] 。因?yàn)槠浣刂苟赶鳎猿３幙蛇x擇切比雪夫特性曲線而不 取其他的特性曲線。 假如濾波器中的電抗元件的損耗較大，那么無(wú)論那種濾波器的通帶響應(yīng)的形狀與無(wú)耗時(shí)的比較，都將發(fā)生變化，而在切比雪夫?yàn)V波器中這種影響尤其嚴(yán)重。 理論證明了最大平坦濾波器的延遲畸變要比切比雪夫?yàn)V波器小。 7 167。 原型濾波器的元件值的歸一化及其計(jì)算 目的：提高設(shè)計(jì)通用性 歸一化定義： 0g = 39。0R = 1或 0g = 39。0G = 1 39。1? = 1 對(duì)于兩端帶有電阻終端的最大平坦濾波器，給定 ArL = 3dB、 0g = 1 和 39。1? = 1，則其原型元件值可以按下式計(jì)算： ? ? ?????? ?? nkg A 2 12sin2 ?, k=1,2,? ,n (26) 0g = 11??ng 對(duì)于兩端具有電阻終端的切比雪夫?yàn)V波器，當(dāng)其通帶波紋為 dBLAr 、 0g = 1和 39。1? = 1，它的原型元件值可按以下各式計(jì)算： ??????? hln ArL? (27) ??????? n2sinh ?? (28) ? ? ?????? ?? nka k 2 12sin ?, k=1,2,? ,n (29) ???????? nkbk ?? sin2, k=1,2,? ,n (210) ?11 2ag ? (211) ????????????1114kkkkk gb aag , k=2,3,? n (212) 8 當(dāng) n為奇數(shù)時(shí)， 11 ??ng (213) 當(dāng) n為偶數(shù)時(shí)， ???????? 4c ot h 21 ?ng (214) 167。 微帶線 微帶線是位于接地層上由電介質(zhì)隔開(kāi)的印制導(dǎo)線，它是一根帶狀導(dǎo) (信號(hào)線 ) [9] ，與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開(kāi)。印制導(dǎo)線的厚度、寬度、印制導(dǎo)線與地 層的距離以及電介質(zhì)的介電常數(shù)決定了微帶線的特性阻抗。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的，則它的特性阻抗也是可以控制的 [10] 。單位長(zhǎng)度微帶線的傳輸延遲時(shí)間，僅僅取決于介電常數(shù)而與線的寬度或間隔無(wú)關(guān)帶狀線是介于兩個(gè)接地層之間的印制導(dǎo)線，它是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。它的特性阻抗和印制導(dǎo)線的寬度、厚度、電介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩個(gè)接層的距離有關(guān) [11] 。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的，那么線的特性阻抗也是可控的。 微帶線特性阻抗如式 (31)和模型（如圖 31所示）： ?????? ??? tw hZ r ? (215) 圖 24 表層微帶線模型 其中 Z0是微帶線的特性阻抗 ,w是微帶線寬度， t是微帶線厚度， h是電介質(zhì)厚度， ? r是硬質(zhì)電路板的相對(duì)介電常數(shù) [12]。 與金屬波導(dǎo)相比， 微帶線 體積小、重量輕、使用頻帶寬、可靠性高和制造成本低等；但損耗稍大，功率容量小。 60年代前期，由于微波低損耗介質(zhì)材料和微波半導(dǎo)體器件的發(fā)展，形成了微波集成電路 ，使微帶線得到廣泛應(yīng)用，相繼出現(xiàn)了各種類型的微帶線。一般用薄膜工藝制造 [13] 。介質(zhì)基片選用介電常數(shù)高、微波損耗低的材料。導(dǎo)體應(yīng)具有導(dǎo)電率高、穩(wěn)定性好、與基片的粘附性強(qiáng)等特點(diǎn)。 9 第 3章 帶通 濾波器的重要 指標(biāo) 及優(yōu)化原則 在設(shè)計(jì)帶通濾波器時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要參數(shù)為奇模和偶模阻抗，這兩個(gè)參數(shù)決定了微帶線的尺寸，進(jìn)一步?jīng)Q定了濾波器的特性；體現(xiàn)濾波器特性的參數(shù)為 S參數(shù)，優(yōu)化時(shí)的對(duì)象即 S12，優(yōu)化時(shí)改變的參數(shù)為微帶線的尺寸，尺寸改變了 S 參數(shù)就變化了。 波形的仿真及優(yōu)化都是在 ADS 軟件中進(jìn)行的。 167。 奇模 和偶模特征阻抗 當(dāng)多根傳輸線相互之間靠得很近的時(shí)候 ,傳輸線之間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)將互相交互作用的更為復(fù)雜 ,傳輸在線的信號(hào)切換 (switching)狀態(tài)決定了以何種模式的傳輸 ,這種相互作用的重要性在于會(huì)改變傳輸線有效的特性阻抗和傳輸速率 [14] ,特別是當(dāng)很多非常靠近的傳輸線同時(shí)切換 ,這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重 ,它會(huì)使總線出現(xiàn)特性阻抗和延遲時(shí)間產(chǎn)生變化 ,從而影響總線的傳輸效能 .因此 ,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮到這些方面的影響 。 當(dāng)兩根耦合的傳輸線相互之間的驅(qū)動(dòng)信號(hào)振幅大小相同但相位相差 180 度的時(shí)候 ,就是一個(gè)奇模傳輸?shù)哪Ｐ?。 此情 況下 ,傳輸線的等效電容增大 ,但是等效電感變小 。 當(dāng)兩根耦合的傳輸線相互之間的驅(qū)動(dòng)信號(hào)振幅大小相同且相位也相同時(shí) ,就是一個(gè)偶模傳輸?shù)哪Ｐ?。 此情況下 ,傳輸線的等效電容減小 ,但是等效電感增大 。 奇模和偶模傳輸模型如下圖所示： 圖 31 奇模和偶模模型圖 可以將平行耦合微帶線視為偶模激勵(lì)和奇模激勵(lì)的疊加，偶模和奇模有不同的特性阻抗，偶模的特性阻抗為 Z0e,奇模特性阻抗為 關(guān)。 10 167。 S 參數(shù) 網(wǎng)絡(luò)理論是一種非常普遍的處理問(wèn)題的方法，它把系統(tǒng)用一個(gè)由若干端口對(duì)外的未 知網(wǎng)絡(luò)表示。微波網(wǎng)絡(luò)理論是微波工程強(qiáng)有力的工具，主要研究微波網(wǎng)絡(luò)各端口的物理量之間的關(guān)系，實(shí)際的微波 /射頻濾波器也是用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量。微波網(wǎng)絡(luò)分為線性與非線性，有源與無(wú)源，有耗與無(wú)耗，互易與非互易。 雙口元件 [15]是在微波工程中應(yīng)用最多的一種元件，主要有濾波器、移相器、衰減器等。與單口元件相似，雙口元件一般采用網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行分析，但是，值得指出的是元件的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)本身還是需要用場(chǎng)論方法求得，或者實(shí)際測(cè)量得到，從這個(gè)意義上講，場(chǎng)論是問(wèn)題的內(nèi)部本質(zhì)，而網(wǎng)絡(luò)則是問(wèn)題的外部特性。 幾乎所有的微波元件都可以由一個(gè)網(wǎng) 絡(luò)來(lái)代替，并且可以用網(wǎng)絡(luò)端口參考面上的變量來(lái)描述其特性（在傳輸線上端口所在的位置，與能流方向垂直的橫截面通常稱為 “ 參考面 ” ）。選擇參考面的原則是在該參考面以外的傳輸線上只傳輸主模。 微波網(wǎng)絡(luò)有不同的網(wǎng)絡(luò)參量：阻抗參量 Z、導(dǎo)納參量 Y 和 A參量反映的是參考面上電壓與電流的關(guān)系；散射參量 S、傳輸參量 T反映的是參考面上歸一化入射波電壓和歸一化反射波電壓之間的關(guān)系。在微波頻率下，阻抗參量 Z、導(dǎo)納參量 Y和 A參量不能直接測(cè)量，所以引入散射參量 S和傳輸參量 T。利用 S參 量 ，射頻電路設(shè)計(jì)者可以在避開(kāi)不現(xiàn)實(shí)的終端條件以及避免造成待 測(cè)器件損壞的前提下，用兩端口網(wǎng)絡(luò)的分析方法來(lái)確定幾乎所有射頻器件的特征，故 S參量是微波網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最多的一種主要參量。 圖 32 二端口網(wǎng)絡(luò)示意圖 S 參量是根據(jù)某端口上接匹配負(fù)載的情況下