基于微波电路仿真软件的平行耦合微带线滤波器

　　在以往设计各种滤波器时，往往需要根据大量复杂的经验公式计算及查表来确定滤波器的各级参数，这样的方法不但复杂繁琐，而且所设计滤波器往往性能指标难以达到要求。本文将先进的微波电路仿真软件ADS2008与传统的设计方法相结合设计一个平行耦合微带线滤波器，并进行建模、仿真、优化设计。

　　平行耦合微带线带通滤波器

　　边缘耦合的平行耦合线由两条相互平行且靠近的微带线构成，单个带通滤波器单元如图1(a)所示。根据传输线理论及带通滤波器理论，带通滤波元件是由串臂上的谐振器和并臂上的谐振器来完成，但是在微带上实现相间的串联和并联谐振元件尤为困难，为此可采用倒置转换器将串并联电路转化为谐振元件全部串联或全部并联在线上。因此，单个耦合微带滤波器单元能够等效成如图 1 (b)所示的一个导纳倒置转换器和接在两边传输线段的组合。

　　

 

　　这种单独耦合线节单元虽然具有典型的带通滤波器的特性，但是单个带通滤波单元难以具有良好的滤波器响应及陡峭的通带—阻带过度。因此，通常情况下，采取级联多个这些基本耦合单元来构成实用的滤波器。如图2所示为一级联耦合微带线节单元构成的带通滤波器的典型结构，其每一个耦合线节左右对称，长度约为四分之一波长(对中心频率而言)。带通滤波器有N + 1个图1所示的耦合线带通滤波器单元构成，而每一段耦合线又可等效为如图1(b)所示的电路结构，因此导纳倒置转换器之间为特性阻抗为Z0、电角度为2θ 的传输线段。Z0o与Z0e分别为耦合线的奇模与偶模特性阻抗，并可由下列公式确定：

　　

 

　　BW为带通滤波器的相对带宽，g为标准低通滤波器参数，Z0为滤波器输入、输出端口的传输线特性阻抗，下标i，i+1表示如图2所示的耦合段单元。

　　

 

　　平行耦合带通滤波器设计

　　为设计出符合要求的带通滤波器，可以将传统的平行耦合微带线设计方法与先进的微波电路仿真软件ADS2008相结合，使全部设计要求转换成实际的滤波器设计，图3是平行耦合微带线滤波器的设计的流程图。

　　

 

　　所设计滤波器参数指标如下：滤波器中心频率ω0 (ω0=(ωH+ωL)/2)为2.1GHz，相对带宽9%;在ω为1.8GHz及2.4GHz时衰减大于35dB，带内波纹为0.1dB，微带线特性阻抗Z0为50 W。

　　(1)首先根据滤波器参数指标，计算出滤波器低通归一化频率

，查切比雪夫滤波器衰减特性表得滤波器级数N，同时查切比雪夫滤波器元件参数表可知具有带内波纹0.1dB的6阶切比雪夫标准低通滤波器参数g0=g6=1，g1=g5=1.1468，g2=g4=1.3712，g3=1.9750。

 

　　(2)根据滤波器设计要求得到滤波器带宽

，从而根据公式(1)，(2)得到参数Ji,i+1和奇偶模阻抗的值如表1所示。