【正文】 傳輸系統(tǒng)等的場(chǎng)合。四、直接耦合短截線帶通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 下圖1（a）為并聯(lián)短路短截線和連接線濾波器1（b）為并聯(lián)開路短截線和連接線濾波器。圖1（a）圖1（b） 后者適用于微波集成電路，因?yàn)樗灰髮?duì)地連接，但前者的有關(guān)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)后者有關(guān)，因此一并介紹，圖a的濾波器的方程由下表列出：λgo/4短截線導(dǎo)納（相對(duì)于YA歸一化）λgo/4連接導(dǎo)納（相對(duì)于YA歸一化）Y1=Y2=Yn1=Yn=Yk=,k=3,4...(n2)Y12=/Yn1,n=/Yk,k+1=,k=2,3.........(n2)直接耦合短截線濾波器圖1（a）設(shè)計(jì)方程 圖b的濾波器是將a的濾波器的每一條短路短截線用一條的開路短截線去替代構(gòu)成的，因此可以使兩個(gè)濾波器的帶通特性相等，而兩者的阻帶特性卻有很大的差異。如果圖b濾波器的 每個(gè)短截線在其全長(zhǎng)上特性導(dǎo)納相同。則在和的阻帶頻率上將有無限的衰減。如果每個(gè)短截線的外邊一半的特性導(dǎo)納為其里邊一半的特性導(dǎo)納的常倍數(shù)，則可使其無限衰減頻率不出現(xiàn)在和上。這種類型濾波器在和附近將有附加的帶通。 為了設(shè)計(jì)圖b濾波器，可將圖a濾波器的短路短截線用開路短截線去替換。替換的原則是：使半波長(zhǎng)開路短截線在帶邊頻率上的電納與被替換的短路短截線在該頻率上的電納相等，并且使二者在帶通中心頻率上的導(dǎo)納都是零。這種替換的計(jì)算公式如下。對(duì)于短截線其里邊的部分的導(dǎo)納是：其外邊的部分的導(dǎo)納是：參數(shù)a規(guī)定為式中，而是并聯(lián)短截線諧振產(chǎn)生無限衰減時(shí)的頻率。 上述濾波器在和附近的帶通并非確定，而期間相當(dāng)窄的阻帶也有用處。適當(dāng)選擇可以得出最好的帶通響應(yīng)，但稍微前后交錯(cuò)各短截線的點(diǎn)，就可得到更寬的高衰減區(qū)域。對(duì)于相同的特性導(dǎo)納短截線的電納斜率比短截線的更大，故圖b形式設(shè)計(jì)帶寬較窄的濾波器更加實(shí)用。 所設(shè)計(jì)的微波帶通濾波器的指標(biāo)是：中心頻率：千兆赫，通帶寬度：相對(duì)寬度帶通衰減：，阻帶衰減：，端接條件：兩端均為50歐的微帶線。 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下： （1）確定低通原型：。該低通原型濾波器的階次，等于短截?cái)?shù)的數(shù)目。在此情況下，弧度/秒，弧度/秒，得出n=；而n=5的設(shè)計(jì)將給出大約30分貝的衰減，因而應(yīng)當(dāng)選擇n=5的設(shè)計(jì)。且n=5的歸一化低通原型的原件值為： （2）計(jì)算以下參數(shù)： 選擇h=1，可以給出合理的導(dǎo)納水平。 （3）計(jì)算上述表格所列各項(xiàng)導(dǎo)納值： （4）計(jì)算短截線的導(dǎo)納：選定，則給出，這就是說綜上所述，得出所設(shè)計(jì)的濾波器的全部導(dǎo)納數(shù)據(jù)，如下表短截線的導(dǎo)納值連接線的導(dǎo)納值濾波器各短截線和連接線的導(dǎo)納數(shù)值 （5）決定各線段的尺寸，由于各短截線的導(dǎo)納值較大（即阻抗值較低），因此要用較寬的微帶線來實(shí)現(xiàn)。這種寬的微帶線與較窄的微帶線連接進(jìn)行T型連接，將出現(xiàn)明顯的接頭相應(yīng)。為了緩和街頭效應(yīng)的并用影響，可以將各短截線用阻抗值加倍的兩條短截線的并聯(lián)組合來實(shí)現(xiàn)。 該微帶電路的基片厚度為h，并用的陶瓷材料，因此所設(shè)計(jì)的濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸如下表所示。濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸 （6）接頭效應(yīng)和邊緣電容的修正： 再?zèng)Q定短截線的連接線長(zhǎng)度是，應(yīng)當(dāng)考慮短截線和主線（連接線），交接處的影響，假定十字接頭的影響類似于T型接頭效應(yīng)，則可查出計(jì)算起點(diǎn)的參考面位置。此外，還須考慮接頭處的電納和各短截線開路端邊緣電容的影響。這種影響可適當(dāng)縮短每一短截線的長(zhǎng)度的方法予以補(bǔ)償，也可以用實(shí)驗(yàn)方法去修正接頭效應(yīng)和邊緣電容的影響。 用上述計(jì)算結(jié)果在的陶瓷基片上制成的直接耦合的微波帶通濾波器，使得測(cè)試性能和計(jì)算值有一定的出入，表現(xiàn)為通帶內(nèi)插入損耗較大（~3分貝），通帶外的衰減的增加速率比理論預(yù)期的要慢些。 由上述計(jì)算步驟得到的濾波器在ADS中的原理圖如下：ADS原理圖通過對(duì)W12和W23的變量設(shè)置，運(yùn)用GOAL控件功能，我們對(duì)濾波器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到如下圖所示的S參數(shù)曲線：其中最為關(guān)注的傳輸系數(shù)S21如下：從圖中可以看出，,。在5GHz處，有約31dB的衰減，符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。把優(yōu)化后的濾波器數(shù)據(jù)帶到hfss里建模型，所得到的仿真模型如下： 通過對(duì)微帶濾波器兩端添加Lumped port，對(duì)模型進(jìn)行分析，在結(jié)果上進(jìn)行處理，得到如下S參數(shù)曲線： 其中S21傳輸系數(shù)如下：由于十字接頭的影響，導(dǎo)致通帶內(nèi)插入損耗變大。我們保持耦合線W12，W45不變，通過對(duì)耦合線的寬度W2W34進(jìn)行優(yōu)化，從而減少通帶內(nèi)插入損耗：從中篩選合適的數(shù)據(jù)，得到如下S21曲線：可以發(fā)現(xiàn)，通帶內(nèi)的插入損耗明顯降低到2dB以內(nèi)，但中心頻率有所偏移。 參考文獻(xiàn)1 林為干，微波網(wǎng)絡(luò),國(guó)防工業(yè)出版杜，2 姚毅,寬范圍調(diào)諧微波濾波器耦合結(jié)構(gòu)的研究,電子科技大學(xué)碩士論文．19933 史云濤,鐘鵬飛,變?nèi)莨茈娬{(diào)諧微波帶通濾波器的設(shè)計(jì),內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào),4 趙曉紅 高溫超導(dǎo)微波帶通濾波器的研制,北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào),1996125 曹效能,楊炳彩，方希曾等．高溫超導(dǎo)膜微波濾波器,電子科學(xué)學(xué)刊，19916 。超導(dǎo)材料的微波特性及其應(yīng)用,1991年全國(guó)微波會(huì)議論文集．西安,19917 顧其凈，項(xiàng)家楨．袁孝康．微波集成電路設(shè)計(jì),北京,人民郵電出版社，19788 馬延爽, 微波帶通濾波器的新結(jié)構(gòu), 無線電通信技術(shù),19979 吳小燕，覃亞麗，許佳，陸德龍，王劍強(qiáng), 多層陶瓷微波濾波器的設(shè)計(jì), 浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),200410 格里維,高頻傳輸線的物理基礎(chǔ)[M],上海,上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，198411 盛振華,電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線[M],西安,西安電子科技大學(xué)出版社，199712 威庚廉斯,電子濾波器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M],北京,電子工業(yè)出版社，198613 JiaSheng Hong, M. J. Lancaster Microstrip Filters for RF/Microwave Applications. John Wiley amp。 Sons, Inc. 200114 廖承恩, 微波技術(shù)基礎(chǔ), 西安電子科技大學(xué)出版社, 2001.15 謝處方等, 電磁場(chǎng)與電磁波,高等教育出版社, (第二版) 199816 “交叉指狀帶通濾波器”IRE on MTT ，1962，： 顧其諍 項(xiàng)家楨 彭孝康29