利用ADS設計的平行耦合帶通濾波器

引言

　　濾波器的基礎是諧振電路，它是一個二端口網絡，對通帶內的頻率信號呈現匹配傳輸，對阻帶頻率信號失配而進行發射衰減，從而實現信號頻譜過濾功能。微波帶通濾波器在無線通信系統中起著至關重要的作用，尤其是在接收機前端。濾波器性能的優劣直接影響到整個接收機性能的好壞，它不僅起到頻帶和信道選擇的作用，而且還能濾除諧波，抑制雜散。平行耦合微帶線濾波器是一種分布參數濾波器，它是由微帶線或耦合微帶線組成，其具有重量輕、結構緊湊、價格低、可靠性高、性能穩定等優點，因此在微波集成電路中，它是一種被廣為應用的帶通濾波器。

　　在以往設計各種濾波器時，往往需要根據大量復雜的經驗公式計算及查表來確定濾波器的各級參數，這樣的方法不但復雜繁瑣，而且所設計濾波器往往性能指標難以達到要求。本文將先進的微波電路仿真軟件ADS2008與傳統的設計方法相結合設計一個平行耦合微帶線濾波器，并進行建模、仿真、優化設計。

　　平行耦合微帶線帶通濾波器

　　邊緣耦合的平行耦合線由兩條相互平行且靠近的微帶線構成，單個帶通濾波器單元如圖1(a)所示。根據傳輸線理論及帶通濾波器理論，帶通濾波元件是由串臂上的諧振器和并臂上的諧振器來完成，但是在微帶上實現相間的串聯和并聯諧振元件尤為困難，為此可采用倒置轉換器將串并聯電路轉化為諧振元件全部串聯或全部并聯在線上。因此，單個耦合微帶濾波器單元能夠等效成如圖 1 (b)所示的一個導納倒置轉換器和接在兩邊傳輸線段的組合。

　　這種單獨耦合線節單元雖然具有典型的帶通濾波器的特性，但是單個帶通濾波單元難以具有良好的濾波器響應及陡峭的通帶—阻帶過度。因此，通常情況下，采取級聯多個這些基本耦合單元來構成實用的濾波器。如圖2所示為一級聯耦合微帶線節單元構成的帶通濾波器的典型結構，其每一個耦合線節左右對稱，長度約為四分之一波長(對中心頻率而言)。帶通濾波器有N + 1個圖1所示的耦合線帶通濾波器單元構成，而每一段耦合線又可等效為如圖1(b)所示的電路結構，因此導納倒置轉換器之間為特性阻抗為Z0、電角度為2θ的傳輸線段。Z0o與Z0e分別為耦合線的奇模與偶模特性阻抗，并可由下列公式確定：