基于ADS的平行耦合濾波器的設計

王亞亞　姬冠妮

摘 要：文中根據平行耦合微帶線的原理，詳細闡述了濾波器的設計步驟，利用此方法設計了通帶為3.0-3.1GHz，帶內波紋為3dB的平行耦合型濾波器，結合ADS射頻軟件對所設計的濾波器進行了仿真及優化。結果證明設計的濾波器滿足設計指標的要求，效果良好。

關鍵詞：平行耦合；濾波器；ADS

引言

濾波器是一個二端口網絡，其功能是用來消除干擾雜訊，得到一個特定頻率或消除一個特定頻率，濾波器是電路系統中一個必不可少的部分，當頻率不高時，濾波器可以由集總元器件的電感和電容構成，但當頻率高于500MHZ時，電路寄生參數的影響不可忽略，濾波器通常由分布參數元器件構成。在射頻系統中，由于頻率過高，所以濾波器通常由分布參數元器件構成，所以人們對微波濾波器的研究越來越多，文章中所介紹的平行耦合型濾波器就是微波濾波器的一種，它具有體積小，質量輕，易于實現等優點。

1 平行耦合型濾波器原理

平行耦合微帶線就是有兩根寬度為W，間距為S，長度為L的兩根相互平行的微帶線共同印制在一塊介質層厚度為h，相對介電常數為？著r的接地板上。圖1為平行耦合微帶線的橫截面結構圖。

平行耦合型微帶線由于放置在公共接地板上，必然會產生耦合效應，致使它的傳輸模式不是TEM模，分析起來比較復雜，但是平行耦合微帶線中傳輸模特性又與TEM模相差較小，所以我們可以看成TEM模式來處理，這樣就可以使用奇偶模激勵的分析方法對耦合微帶線進行分析。如此我們就可以通過下面的步驟設計平行耦合微帶線濾波器。

2 平行耦合型濾波器設計步驟

（1）根據工程需要的衰減和波紋參數，選定設計方法之后，確定低通原型的階數，接著通過查對應的參數表得到低通濾波器原型的歸一化參數，g0，g1，g2，gn，gn+1。（2）確定上、下邊頻，然后根據上邊頻？棕1和下邊頻？棕2和及中心頻率？棕0確定歸一化帶寬。中心頻率？棕0=（？棕1+？棕2）/2，歸一化帶寬BW=？棕1-？棕2/？棕0。（3）計算得到耦合微帶傳輸線的各節奇偶模特性阻抗。

（4）選定介質基片，得到基板參數。（5）初步確定微帶線的尺寸大小。得到了奇偶模特性阻抗與基板參數利用ADS軟件中微帶線計算器LineCalc可以確定微帶線的寬度W，耦合間距S，長度L。（6）根據上述步驟，可以初步得到微帶線的尺寸大小，但卻不是精確的參數，需要對這些數值進行修正，這個我們可以借助ADS仿真軟件提供的自動優化功能，對所設計的濾波器尺寸進行多次修正，最終得到滿足實際要求的精確尺寸。

3 平行耦合型濾波器的實例設計及仿真

由仿真結果可以看出：由公式計算得到的仿真結果與設計要求還存在比較大的偏差，（1）濾波器的中心頻率偏小；（2）濾波器的通帶偏小，致使帶寬不夠；（3）通帶內衰減幅度較大。出現這些問題的原因在于計算過程與仿真過程中都取了數據的近似值，多次的近似取值，致使出現較大的偏差，所以要對微帶線的各個尺寸進行修正，ADS軟件的一個很大優點就是自動優化，有了這樣的功能，就可以大大縮短濾波器的設計周期。經過多次修正以后，我們的最終結果如圖3所示。

5 結束語

文章根據平行耦合微帶線濾波器的基本原理，闡述了平行耦合微帶線濾波器的一般設計步驟，并依據設計步驟，設計了通帶為3.0-3.1GHz，帶內波紋為3dB的平行耦合型濾波器，結合ADS軟件對該濾波器進行了仿真及優化設計，提高了設計精度和設計效率，并降低了設計成本。

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