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1、第8卷第10期Vol.8No.102006年10月技术前沿Oct2006一种利用ADS软件设计微带带通滤波器的新方法马涛,柴常春(西安电子科技大学微电子研究所,陕西西安710071)摘要:给出了采用ADS软件设计并优化带通滤波器的方法。该方法与传统理论设计方法相比,不但是利用仿真软件进行微带滤波器设计的一种新方法,而且可减少工作量,提高设计的准确性,降低设计成本,因而可使设计工作简单化,能够达到事半功倍的效果。关键词:ADS;微带线;带通滤波器;优化0引言微带滤波器的主要技术指标包括以下几个:(1)通带边界频率与通带内衰减、起伏,以滤波器的性能对微波电路的性能指标至关重及阻带边
2、界频率与阻带衰减;要,因此,如何设计具有高性能指标的滤波器具(2)通带的输入电压驻波比;有重要的意义。当高于500MHz时,工作波长与(3)通带内的相移与群时延;滤波器元件的物理尺寸相近,因而会造成多方面(4)寄生通带,它是由于分布参数传输线的的损耗,这时集中参数电感、电容已不适用于滤周期性频率特性引起的,即离设计通带一定处又波器设计,而应代之以分布参数结构。而微带滤产生了通带。波器具有体积小、重量轻、频带宽、易匹配连接微波带通滤波器应用广泛,结构多样,但以等优点,近来在微波电路系统设计中得到了广泛微带线实现带通滤波器的结构种类有限,为此,[1]的应用。本文以平行耦合微带线为例
3、来设计微带带通滤波为设计出符合要求的带通滤波器结构,以往器。的设计需要进行大量的计算和查表等工作,并且由于单个带通滤波器单元不能提供良好的滤无法验证结构参数的正确性以及精确性。这种设波响应及陡峭的通带-阻带过渡,而通过级连基计方法的计算量、误差、成本都较大。而仿真软本的带通滤波器单元则可以得到高性能的滤波效件(如ADS等)功能强大,可以通过一些简单计果。图1所示是一种多节耦合微带线带通滤波器算,基本确定电路的拓扑结构。若在保证仿真大的结构示意图,这种结构不要求对地连接,因而方向的基础上,再利用软件的优化模块,设定其结构简单,易于实现,这是一种应用广泛的滤波中元件的参数为变量,并
4、设定变量的变化范围,[1]器。整个电路可以印制在很薄(小于1mm)的最后根据电路指标的要求设定优化目标,进行进介质基片上;其纵向尺寸虽和工作波长可以比一步的电路优化仿真,则可完全免除繁琐的计拟,但采用高介电常数的介质基片则可使线上的算,使任务目标简单化,提高设计的精度。波长比自由空间缩小几倍;此外,整个微带电路1微带带通滤波器的理论设计方法元件共用一个接地板,且只需由导体带条构成电路图形,因而结构大为紧凑,大大减小了其体积1.1微带带通滤波器主要指标和基本设计思想[2]和重量。1.2平行耦合微带线带通滤波器的理论设计方法收稿日期:2006-08-10www.ChinaECD.n
5、et2006.1053第8卷第10期Vol.8No.102006年10月ElectronicComponent&DeviceApplicationsOct2006线的奇模、偶模特性阻抗。2Z0o
6、i,i+1=Z0!1-Z0Ji,i+1+(Z0Ji,i+1)"(4)2Z0o
7、i,i+1=Z0!1+Z0Ji,i+1+(Z0Ji,i+1)"(5)其中下标i,i+1表示耦合段单元,Z0是滤波图1多节结构的耦合微带线带通滤波器器输入、输出端口的传输线特性阻抗,这里,Z0取50Ω。其计算结果列在表1中。为设计出符合要求的带通滤波器,传统的平行耦合微带线设计需要通过计算和查表来将全部(4)将
8、表1中的奇模特性阻抗和偶模特性阻抗换算成微带线的实际几何尺寸。选择基板厚度H设计要求转换成实际的滤波器设计,图2所示是一般的设计步骤[1][2]。为0.8mm,介电常数εr为4.3。每一段耦合微带线的长度都必须是λ/4(λ为中心频率波长)。其它的微带线结构参数可查表得到。具体见表2所列。图2理论设计流程图表1耦合传输线的奇模、偶模特性阻抗iZ0Ji,i+1Z0o(Ω)Z0e(Ω)(1)确定设计指标:通带:2.7～2.8GHz;带00.1829842.525160.8231内衰减小于2dB,起伏小于1dB,端口反射系数10.0394448.105852.0498小于-20dB。当
9、在2.6GHz以下以及2.9GHz以上20.0323148.436751.6677时,其衰减大于40dB。30.0323148.436751.6677(2)低通滤波器原型的相应归一化频率如40.0394448.105852.0498下:50.1829842.525160.8231ωCωωCΩ=!ω-ω"=2.9224(1)表2查表得到的微带线结构参数ωU-ωLC查表得Nmin=5。且由查表可知,具有0.5dB波iW(mm)S(mm)L(mm)051.3870.54915.321纹的5阶切比雪
