【正文】 設計（ DSP）； ADS支持射頻和系統(tǒng)設計工程師開發(fā)所有類型的 RF設計，從簡單到復雜，從離散的射頻 /微波模塊到用于通信 和航天 /國防的集成 MMIC，是當今國內各大學和研究所使用最多的微波 /射頻電路和通信系統(tǒng)仿真軟件軟件 [17]。 12 167。 所謂歸一化波，就是各端口的波用其對應端口的參考阻抗進行歸一化后得到的波，它們與同端口的電壓的關系為 n ZUa ?? （ 31） 二端口網絡 [S] U1 U2 a1 a2 b2 b1 I2 1 端口 2 端口 I1 11 n ZUb ?? （ 32） 對于線性二端口網絡（如圖 32所示），歸一化入射波 a和反射波 b之間存在如下關系 : 2121111 aSaSb ?? (33a) 2221212 aSaSb ?? (33b) 式（ 33）寫成矩陣形式為 b=Sa （ 34） 矩陣 S稱為二端口網絡的散射矩陣或 S矩陣，表示為 ??????? 2221 1211 SS SSS （ 35） 式（ 35）中的矩陣元素稱為網絡的散射參量，各項矩陣參量的物理意義為： 01111 2 ?? aabS 表示端口 2匹配時，端口 1的反射系數(shù)； 02222 1 ?? aabS 表示端口 1匹配時，端口 2的反射系數(shù)； 02112 1 ?? aabS 表示端口 1匹配時，端口 2到端口 1的傳輸系數(shù)； 01221 2 ?? aabS 表示端口 2匹配時，端口 1到端口 2的傳輸系數(shù)； ai=0表示第 i個端口接匹配負載，該端口不存在反射波。 圖 32 二端口網絡示意圖 S 參量是根據某端口上接匹配負載的情況下所得到的歸一化波來定義的。在微波頻率下，阻抗參量 Z、導納參量 Y和 A參量不能直接測量，所以引入散射參量 S和傳輸參量 T。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。與單口元件相似，雙口元件一般采用網絡理論進行分析，但是，值得指出的是元件的網絡參數(shù)本身還是需要用場論方法求得，或者實際測量得到，從這個意義上講，場論是問題的內部本質，而網絡則是問題的外部特性。微波網絡分為線性與非線性，有源與無源，有耗與無耗，互易與非互易。 S 參數(shù) 網絡理論是一種非常普遍的處理問題的方法，它把系統(tǒng)用一個由若干端口對外的未 知網絡表示。 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和奇模激勵的疊加，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。 當兩根耦合的傳輸線相互之間的驅動信號振幅大小相同且相位也相同時 ,就是一個偶模傳輸?shù)哪Ｐ?。 當兩根耦合的傳輸線相互之間的驅動信號振幅大小相同但相位相差 180 度的時候 ,就是一個奇模傳輸?shù)哪Ｐ?。 167。 9 第 3章 帶通 濾波器的重要 指標 及優(yōu)化原則 在設計帶通濾波器時，設計過程中的重要參數(shù)為奇模和偶模阻抗，這兩個參數(shù)決定了微帶線的尺寸，進一步決定了濾波器的特性；體現(xiàn)濾波器特性的參數(shù)為 S參數(shù)，優(yōu)化時的對象即 S12，優(yōu)化時改變的參數(shù)為微帶線的尺寸，尺寸改變了 S 參數(shù)就變化了。介質基片選用介電常數(shù)高、微波損耗低的材料。 60年代前期，由于微波低損耗介質材料和微波半導體器件的發(fā)展，形成了微波集成電路 ，使微帶線得到廣泛應用，相繼出現(xiàn)了各種類型的微帶線。 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是電介質厚度， ? r是硬質電路板的相對介電常數(shù) [12]。它的特性阻抗和印制導線的寬度、厚度、電介質的介電常數(shù)以及兩個接層的距離有關 [11] 。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] 。 微帶線 微帶線是位于接地層上由電介質隔開的印制導線，它是一根帶狀導 (信號線 ) [9] ，與地平面之間用一種電介質隔離開。1? = 1，則其原型元件值可以按下式計算： ? ? ?????? ?? nkg A 2 12sin2 ?, k=1,2,? ,n (26) 0g = 11??ng 對于兩端具有電阻終端的切比雪夫濾波器，當其通帶波紋為 dBLAr 、 0g = 1和 39。0G = 1 39。 原型濾波器的元件值的歸一化及其計算 目的：提高設計通用性 歸一化定義： 0g = 39。 理論證明了最大平坦濾波器的延遲畸變要比切比雪夫濾波器小。因為其截止陡削，所以常常寧可選擇切比雪夫特性曲線而不 取其他的特性曲線。 特點：帶內衰減呈波紋特性 ArL 定義為等波紋頻帶的邊緣頻率。1239。39。 c o sc o s1lg10???????? ?????????? ???????? nLA (23) ? ?39。139。139。 6 特點： 39。39。兩種 常見的低通濾波器原型： （ 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)學表示式如（ 21） : ? ? ??????????????????naL239。 167。 167。 圖 21 四個普通濾波器的特性曲線 可以從不同角度對濾波器進行分類： (a)按功能分，有低通濾波器，高通濾波器，帶通濾波器，帶阻濾波器，可調濾波器。 167。 4 第 2 章 帶通 濾波器設計理論 論文研究的是使用 ADS 軟件設計微帶帶通濾波器的解決方案，而帶通濾波器是以低通濾波器為原型設計的。例如多模微帶濾波器，類交趾濾波器等。制作的微帶濾波器的插損小、帶邊陡峭度高、帶外抑制大、具有高靈敏度和高選擇性，在移動通信領域具有廣闊的應用前景。與此同時對于器件的小型化和高 3 性能的要求也在不斷提高。由于用戶超常規(guī)發(fā)展。這正是 S波段的應用，因此如何研究出高性能，小型化的濾波器是目前電路設計的關鍵環(huán)節(jié)之一。在寬帶移動化方面， IEEE 802工作組先后制定了WLAN和 WiMAX 等技術規(guī)范，希望能沿著固定、游牧 /便攜、移動這樣的演進路線逐步實現(xiàn)寬帶移動化，常用的 WLAN 通信頻段標準為 IEEE ()和 IEEE ()。 隨著信息化浪潮的推進，現(xiàn)代社會產生了巨大的信息要求，通信技術正在向高速、多頻段、大容量方向發(fā)展。 1990 年日本住友公司提出低溫共燒多層介質平面型濾波器的構想。西門子公司研制的 3 級整塊聯(lián)體型片式介質濾波器，尺寸規(guī)格僅 ( mm )— ( mm ) ，適用于 ISM91 GPS1500 、 PCN / PCS1800 、PHS1900 。為了減小體積，村田公司開發(fā)出 MB 型片式介質濾波器，它是由23個同軸諧振器整塊連體構成，而無需電路基板、耦合器、外罩等。典型的 FBAR 測試結果顯示，F(xiàn)BAR技術帶來的高 Q值和高耦合系數(shù)可與高級的陶瓷的和聲表面波振子相媲美，目前達到的 Q值己超過 1000 ，與基于陶瓷的產品相比， FBAR 技術在小型化方面占 有絕對的優(yōu)勢，可實現(xiàn)體積小于目前基于陶瓷產品 10%的產品。 近年來，薄膜聲學體波共振技術（ FBAR）給射頻前端濾波器小型化和集成化帶來一線曙光。 微帶濾波器國內外研究情況 移動通信產業(yè)驚人的成長速度超出了人們的想象，促進了濾波器的飛速發(fā) 展，特別是固態(tài)化濾波器的發(fā)展，如晶體濾波器、陶瓷濾波器、 SAW 濾波器、介質濾波器等。微帶濾波器因為重量輕、體積小、制造成本低且易于與其他微波電路集成等優(yōu)點而廣泛應用在無線通信系統(tǒng)中 [2]。從設計上實現(xiàn)濾波器小型化，不僅可以減小濾波器自身的尺寸面積，而且更加有利于系統(tǒng)的封裝集成，進一步實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的小型化。采用傳統(tǒng)方法設計的濾波器尺寸一般比較大，在工作性能上也存在著一定的局限性，往往不能夠滿足現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的要求，急需從小型化和高性能設計兩個方面進行改進 。目前，隨著半導體技術的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)中的有源電路已經實現(xiàn)了微型化并且能夠有效地采用現(xiàn)代封裝技術進行集成。為適應這一發(fā)展趨勢，近年來出現(xiàn)了多芯片組件 (MCM)、片上系統(tǒng) (SOC)、封裝系統(tǒng) (SOP)等新的封裝形式。從圖中可以看出，信號的接收和發(fā)射 都離不開濾波器，它們的尺寸以及工作性能直接影響整個無線通信設備的體積以及工作性能。隨著科學技術的進一步發(fā)展，人類對通信的需求越來越高，無線通信技術將發(fā)揮越來越重要的作用。目前的固定電話、有線電視、有線互聯(lián)網絡都屬于有線傳輸。 課題背景和意義 科學技術的發(fā)展使得人類社會進入了信息時代，信息時代的