【正文】 1 . 7 1 . 8 1 . 9 2 . 0 2 . 1 2 . 2 2 . 31 . 6 2 . 4 6 0 4 0 2 0 8 00fr e q , G H zdB(S(1,1))R e a d o u tm2dB(S(2,1))m1m3m4m1f re q =d B(S(2 , 1 ))= 0 . 9 8 01 . 9 5 0 G H zm2f 。 橢圓函數(shù)帶通濾波器階數(shù)的確定 啟動(dòng) ADS 軟件后，創(chuàng)建原理圖 Filter11，選 擇 [DesignGuide]菜單，利用快捷元件DTLCBandpassDT1 來設(shè)計(jì)的 ，如下圖 所示： 圖 濾波器設(shè)計(jì)向?qū)е性O(shè)計(jì)選項(xiàng)圖 由上圖可知，輸入橢圓函數(shù)帶通濾波器的源阻抗為 50Ω，濾波器第一個(gè)元件的串并方式為并聯(lián)方式，帶內(nèi)衰減為 1dB，帶外衰減為 35dB 等參數(shù)，可直接得到濾波器的最小階數(shù)為 三階。所以僅僅采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 存在一定的計(jì)算誤差，所設(shè)計(jì)濾波器性能并不能達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。 圖 優(yōu)化后六階橢圓函數(shù) 帶通濾波器 的 原理圖 由圖 優(yōu)化的帶通濾波器原理圖做優(yōu)化 后，在數(shù)據(jù)顯示視窗中得到 21S 和 11S 的曲線圖如下圖 所示，橫軸為頻率范圍，縱軸是用分貝表示的 21S 和 11S 。圖 中點(diǎn) m3 和 m4 是衰減的最低值 ，有利于使帶外頻譜在窄的頻帶內(nèi)快速 衰減，提高濾波性能。 1 . 8 1 . 9 2 . 0 2 . 1 2 . 21 . 7 2 . 38 06 04 02 01 0 00f r e q , G H zdB(S(1,1))2 . 0 4 0 G 1 5 . 0 6 m2dB(S(2,1))R e a d o u tm1m3m4m2f r e q =d B ( S ( 1 , 1 ) ) = 1 5 . 0 6 32 . 0 4 0 G H zm1f r e q =d B ( S ( 2 , 1 ) ) = 0 . 1 3 11 . 9 4 0 G H zm3f r e q =d B ( S ( 2 , 1 ) ) = 6 6 . 8 2 01 . 8 2 0 G H zm4f r e q =d B ( S ( 2 , 1 ) ) = 8 1 . 7 4 02 . 1 9 0 G H z 圖 六階 橢圓函數(shù)帶通濾波器 的 數(shù)據(jù)顯示圖 由圖 ，可以很容易的得 到 通帶內(nèi) 損耗 為 （如圖 中的點(diǎn) m1） ，本次設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 帶內(nèi)損耗小于 1dB，帶內(nèi)損耗 達(dá)到 了 設(shè)計(jì)指標(biāo) 要求 。 表 41 六階橢圓函數(shù)帶通濾波器各元件值 C p 1L p 1C p 2 C s 4C p 3 C p 4 C p 5L p 2 L p 3 L p 4 L p 5C s 2 C s 6L s 2 L s 4 L s 6C 1 C 2 C 3 C 4 C 5L 2 L 4 L 61 4 . 8 7 7 3 9p H0 . 4 2 6 0 8 2n H0 . 1 2 9 4 5 9p H4 8 . 9 6 4 9 7n H3 . 8 4 3 9 4 9p H1 . 6 4 9 0 8 5n H2 1 . 9 9 0 4 5p H0 . 2 8 8 2 6 2n H0 . 1 3 4 3 7 6p H4 7 . 1 7 3 5 7n H6 . 8 5 1 9 1 2p H0 . 9 2 5 1 4 3n H1 9 . 8 2 4 8 4p H0 . 3 1 9 7 5 0n H0 . 1 3 8 9 4 9p H4 5 . 6 2 1 0 2n H 第二步，橢圓函數(shù)微波帶通濾波器的電路經(jīng) 微波電路仿真軟件 ADS2021 仿真 。 L 2L 4L 6R 1C 5C 3C 1C 2C 4R 1 圖 六階橢圓函數(shù)低通歸一化原型電路圖 21 查表得 C1=， C2=， L2=， C3=， C4=， L4=， C5=，L6=， R1=1， R2=1 橢圓函數(shù)帶通濾波器電路的設(shè)計(jì) 第一步，根據(jù)由低通到帶通的頻率變換，計(jì)算得到帶通橢圓函數(shù)濾波器的實(shí)際電路圖。 其中， n 為橢圓函數(shù)濾波器最小階數(shù)； pw 為上邊帶 頻率； sw 為下邊帶 頻率； pR 為通帶波紋；sR 是阻帶最小衰減。 其設(shè)計(jì)的流程圖如下圖圖 所示： 確 定 濾 波 器 的 各 項(xiàng) 指 標(biāo)查 表 得 到 低 通 原 型 濾 波器 各 元 件 的 參 數(shù) 值計(jì) 算 得 到 濾 波 器 的 階 數(shù) N值根 據(jù) 頻 率 變 換 計(jì) 算 求 得所 設(shè) 計(jì) 的 帶 通 濾 波 器 的實(shí) 際 參 數(shù) 值A(chǔ) D S 原 理 圖 仿 真達(dá) 到 技 術(shù) 指 標(biāo) 要求利 用 A D S 進(jìn) 行 對(duì) 各原 件 參 數(shù) 微 調(diào)得 出 最 終 參 數(shù) 值否是 圖 橢圓函數(shù)帶通濾波器的設(shè)計(jì)流程圖 20 采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)橢圓函數(shù)帶通濾波器 僅僅采用傳 統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，需要根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算及查表來確定濾波器的各級(jí)參數(shù)，其具體過程如下所述。 121 1112 ne enSYqq ???? ??? (332) 111 1112 1eSYq ??????? (333) 19 第 4 章 橢圓函數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)及仿真 橢圓函數(shù)帶通濾波器的設(shè)計(jì)流程 本次設(shè)計(jì)微波橢圓函數(shù)帶通濾波器時(shí) ， 往往需要根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算及查表來確定濾波器的各級(jí)參數(shù) ， 但這樣所設(shè)計(jì)濾波器往往性能指標(biāo)難以達(dá)到要求 。將式 (330)代入 (329)可得 1121102 nnRRSZL FBW? ???? ??? 1111 110 21 RSZL F B W? ????? ??? 用式 (326)及 (327)中定義的外部品質(zhì)因數(shù)來表示，即為 (331)式所示： 121 1112 ne enSZqq ???? ??? 11 121 eSZq ???? ?? (331) 節(jié)點(diǎn)方程 同理，可以根據(jù)基爾霍夫定律得到一個(gè) nn? 階的導(dǎo)納矩陣 ??Y ，并經(jīng)過進(jìn)一步的推導(dǎo)便可以得到散射參量由外部品質(zhì)因數(shù)來表達(dá)的關(guān)系式，其具體表達(dá)式如下 (332)式和 (333)式所示。將耦合系數(shù)定義為 (324)式所示 ： ijij LM L? (324) 并假設(shè)窄帶近似值為 0=1?? ，就可以簡化式 (116)為 (325)式 ： 12 1121 21211nennnenp jm jmqjm p jmZjm jm pq??? ? ??????? ? ????? ? ????? (325) 其中 1eq 和 enq 為測得的外部品質(zhì)因數(shù) ，如下式 (326)所示： ? ?1,ei eiq Q F B W i n? ? ? (326) 歸一化耦合系數(shù)為 (327)式所示： ijij Mm FBW? (327) 圖 (b)為圖 (a)中電路的網(wǎng)絡(luò)表示圖，其中 1V 、 2V 與 1I 、 2I 分別為濾波器端口的電壓變量和電流變量，波動(dòng)變量由 1a ， 2a ， 1b ， 2b 表示， a 指的是入射波， b 指的是反射波。阻抗矩陣可以表示為 (321)式 ： ? ? 0Z= L FBW Z? ???? (321) 其中 0FBW ???? ，指濾波器的分?jǐn)?shù)帶寬， Z????為歸一化阻抗矩陣，在同步諧振濾波器中 17 Z????=11 1 20 0 022100120 0 0111111nnn n nLRLp j jL FBW L FBW L FBWLLj p jL FBW L FBWL L Rj j pFBW L FBW L FBW??? ? ???????? ? ???? ? ? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ?? (322) 其中 001pj FBW ????????????為復(fù)合低通濾波器頻率變量。上述方程可以用下面的矩陣形式表示 為如下式 (320)所示 ： 1 1 12 1121 2 2212111nnn n n nnR j L j L j LjCj L j L j LjCj L j L R j LjC? ? ??? ? ??? ? ????? ? ? ???? ? ???? ? ? ???12niii????????????= 00se???????????? (320) 式 (320)也可以表示為 ? ??? ? ?Z i e? ，其中 ??Z 為一個(gè) nn? 的阻抗矩陣。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，在集總電路中，任何時(shí)刻，沿任何閉合路徑各段電路電壓的 代數(shù)和為零。所以說由集總參數(shù)的電感和電 容組成的電路在微波頻段并不直接存在，耦合諧振電路是由多種物理結(jié)構(gòu)不同的諧振器來構(gòu)成，而 利用綜合耦合矩陣 則 可以更好的表示耦合諧振濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一般在微波以下頻段，通常采用集中參數(shù)的電感 L 和電容 C 來構(gòu)造諧振回路，但當(dāng)頻率升高至微波頻段后，由于趨膚效應(yīng)引起的歐姆損耗、介質(zhì)引起的介質(zhì)損耗和輻射引起的損耗會(huì)大大增加，從而降低諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。10pWL C??? (318) 本次設(shè)計(jì)的課題是橢圓函數(shù)的帶通濾波器，所以主要運(yùn)用到的是由低通到帶通的頻率變換，為了能更清晰明了 的便于設(shè)計(jì)，下面給出了低通原型向帶通濾波器的變換關(guān)系表，如表31 所示。10pCC W??? 39。0101ppC C CWL?? ???? ? ???? ? ? ????? 式中， 39。 39。C ，其容納變換到帶通 濾波器中為： 39。10sWC L??? (317) 由此可見，低通原型的電感元件變換到帶通濾波器中為電感 sL 和電容 sC 相串連 ， 元件數(shù) 15 值間關(guān)系由 (317)和 (318)式來確定。10sLL W??? 39。0101ssL L LWC?? ???? ? ???? ? ? ????? (316) 式中， 39。 39。L 的感抗經(jīng)過 (315)式變換后可得 (316)式 ： 39。 010W?? ?? ?????????? (315) 式中， ? ?2 1 0W ? ? ??? 是帶通濾波器的相對(duì)帶寬， 0 1 2? ??? 是帶通濾波器中心頻率， 1? 是下邊帶頻率， 2? 是上邊帶頻率。? =? 的點(diǎn)變 換成 ? =0 和 ? =? 的點(diǎn)，由此從低通 到帶 通的變換式應(yīng)取 (315)式 ： 39。? =0 的點(diǎn)，變換到帶通濾波器上 0=??的點(diǎn)。? ，帶通濾波器的頻率變換為 ? 。39。39。 39。 39。至于低通原型的電容 39。39。39。 39。 39。 低通原型濾 波器中的電感 39。39。? =0 的點(diǎn)，變換到帶阻濾波器上 ? =? 和 ? =0 的點(diǎn)， 39。? ，帶阻濾波器的頻率變量為 ? 。39。同樣低通原型中的電容 39。1 1LLL C??? ? ? ? ? (39) 式中：39。 39。L? 變換到高通濾波器中的電抗為 (39)式 ：