基於ADS軟件的微帶線帶通濾波器的設計
財經縱覽
作者：陳軍
摘要：該文章討論的是基於ADS軟件的平行耦合微帶線帶通濾波器的設計過程。利用集總參數低通原型濾波器經過一係列轉化可以得到微帶線帶通濾波器的特性，運用傳輸線原理和導納變換公式獲得帶通濾波器的相關參數，並借助功能強大的ADS軟件對微帶線帶通濾波器的原理圖和版圖進行設計製作。該軟件隻需要輸入相應的原始數據，便可方便得到頻率響應等相關特性。我們也可以借助ADS軟件對其進行優化仿真，以得到更加優質的帶通濾波器。
關鍵詞：帶通濾波器；微帶線；傳輸線；ADS
1.引言
隨著近年來無線通信技術的迅猛發展，微波濾波器已經成為作為辨別分離有用和無用資源的重要部件，並大量使用於通信係統領域，其性能的優越直接影響整個通信係統的質量。現代通信對微波濾波器的整體要求越來越高，以求得到更加微小化、輕量化、集成化的高性能低成本的濾波器。本文設計運用微帶濾波器印刷電路的方法，可以滿足尺寸小、成本低且性能穩定的要求，被廣泛運用於無線通信係統中。目前在無線通信係統領域中，微波濾波器的種類日益增多，性能和設計方法各有差異。但總體來看，微波濾波器的設計大都采用從集總參數的低通原型濾波器出發經過一係列變換得到的。本章討論的是平行耦合微帶線帶通濾波器的設計，它同樣是基於集總參數低通原型濾波器出發，經過等效變換可以得到與帶通濾波器相應的低通原型模型，再經過阻抗倒置變換或導納變換便可以得到相應的帶通濾波器的設計模型及相關參數。本文首先介紹微帶線帶通濾波器的設計原理，然後根據基本原理推導出濾波器的相關參數，再運用ADS軟件進行製作、優化和仿真，最後將完整的設計圖紙和相關參數拿到工廠加工製成成品。為了驗證該微帶線帶通濾波器的設計和仿真的正確性，本文采用網絡分析儀對該濾波器進行了相關測試，測試結果和仿真效果相吻合。
2.微帶線帶通濾波器的設計原理及設計過程
根據濾波器綜合理論，低通原型濾波器是設計其他濾波器的基礎。本文設計的帶通濾波器同樣是在低通原型濾波器的基礎上經過變換得到的。集總參數低通原型濾波器到集總參數帶通濾波器的變換過程。該圖說明根據帶通濾波器的頻率特性而言，（在通帶內）串聯臂應采用串聯諧振為低阻抗，並聯臂應采用並聯諧振為高阻抗。而微帶線帶通濾波器的設計也是在上述變換原理的基礎上擴展得到的。一般來說，與微波帶通濾波器相應的低通原型有兩種模型。一種是電感輸入式電路，經變換後為含阻抗K的變換器，另一種是電容式輸入電路，經變換後為含導納J的變換器。
該兩種電路互為對偶，衰減特性相同，且都可以轉換成等效的帶通濾波器。本文設計采用電容式輸
入電路，運用導納倒置變換原理來完成設計。由於阻抗倒置變換和導納倒置變換的變換原理相似，因此本文隻對導納倒置變換原理進行詳述。
當平行耦合微帶線的長度為l=λ/4時，有帶通濾波的特性，但其不能提供陡峭的通帶到阻帶過渡，但將多個耦合微帶線單元級連後便可以具有良好的濾波特性。設計這種微帶線帶通濾波器最為關鍵的一步就是把上述的低通原型用K或J變換器變換為變形低通，再運用阻抗倒置或導納倒置變換得出最後的變換形式。由於本文設計選用的是導納倒置變換，所以下麵介紹導納倒置變換的具體變換過程。設計步驟的前兩步就是確定中各元件的歸一化值，並選定電容式輸入電路。第3步經過變換，它表示含有導納倒置變換器的變形低通原型。用電納斜率參量表示的微波帶通濾波器。從含低通原型到含J微波帶通濾波器的變換的全過程。經過上述變換，我們可以得出含導納倒置變換器J的微波帶通濾波器的