一款超高頻帶通濾波器的設計方案

一款超高頻帶通濾波器的設計方案

　　射頻濾波器在無線通信系統中至關重要，起到頻帶和信道選擇的作用，并且能濾除諧波，抑制雜散。事實上，對于大多數現代濾波器的設計，射頻/微波模擬軟件是一個絕對必要的、評估濾波器性能的工具。美國安捷倫（Agilent）公司推出的大型EDA軟件Advanced DesignSystem-ADS就是其中的佼佼者，也是國內各大學和研究所在微波電路和通信系統仿真方面使用最多的軟件之一。本文在理論設計的基礎上，利用ADS軟件對耦合微帶線帶通濾波器進行優化設計，節省了設計時間，提高了方案設計的精度和方案設計的效率。

　　1 理論設計

　　1.1 設計指標

　　耦合微帶線帶通濾波器的設計指標如下所示：

　?。?）通帶頻率范圍：902~928 MHz，中心頻率為915 MHz;

　?。?）帶內波紋小于3 dB;

　?。?）阻帶損耗：850 MHz以下及950 MHz以上衰減大于40 dB;

　?。?）帶內輸入/輸出端口反射系數小于-20 dB.

　　耦合微帶線帶通濾波器的設計采用FR-4作為基片材料，基片參數為：d=1.6 mm，Er=4.5，tan δ=0.02，銅導體的厚度t=0.035 mm.

　　1.2 理論計算

　　當頻率達到或接近GHz時，濾波器通常由分布參數元件構成，分布參數不僅可以構成低通濾波器，而且可以構成帶通和帶阻濾波器。平行耦合微帶傳輸線由兩個無屏蔽的平行微帶傳輸線緊靠在一起構成，由于兩個傳輸線之間電磁場的相互作用，在兩個傳輸線之間會有功率耦合，這種傳輸線也因此稱為耦合傳輸線。平行耦合微帶線可以構成帶通濾波器，這種濾波器是由1 4波長耦合線段構成，是一種常用的分布參數帶通濾波器。當兩個無屏蔽的傳輸線緊靠一起時，由于傳輸線之間電磁場的相互作用，在傳輸線之間會有功率耦合，這種傳輸線稱之為耦合傳輸線。根據傳輸線理論，每條單獨的微帶線都等價為小段串聯電感和小段并聯電容。每條微帶線的特性阻抗為Z0，相互耦合的部分長度為L，微帶線的寬度為W，微帶線之間的距離為S，偶模特性阻抗為Ze，奇模特性阻抗為 Z0.單個微帶線單元雖然具有濾波特性，但其不能提供陡峭的通帶到阻帶的過渡。如果將多個單元級聯，級聯后的網絡可以具有良好的濾波特性。濾波器設計首先要選擇適當的低通濾波器原型，濾波器的階數可以根據950 MHz頻率點的衰減大于40 dB的要求確定。利用帶通濾波器頻率變換公式如下：

　　要在低通濾波器原型的相應歸一化頻率點Ω=2.64處獲得40 dB的衰減，濾波器的階數至少為N=4，則需要采用5節耦合微帶線級連。根據設計指標中需要的衰減和波紋，選定采用切比雪夫設計方法，則可知具有3 dB波紋的4階切比雪夫濾波器的元件參數為g0=1，g1=3.438 9，g2=0.748 3，g3=4.347 1，g4=0.592 0，g5=5.809 5.

　　耦合微帶線帶通濾波器中傳輸線的奇模、偶模通過公共接地板產生耦合效應，并導致了奇模特性阻抗和偶模特性阻抗，其公式分別如下所示：