ADS入门学习笔记——平行耦合微带线带通滤波器的设计

15.在版图设计窗口，点击【Insert】→【Pin】，插入两个端口，点击【EM】图标，打开【EM Setup】窗口，选择【Frequency Plan】，在【Type】栏选择【Adaptive】，设置起始频率为1.5GHz，终止频率为2.5GHz；1.新建空白原理图，点击菜单【Tools】→【LineCalc】→【Start LineCalc】，将窗口中的【Type】选项改为【MCLIN】计算平

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weixin_42126696

11518人浏览 · 2023-06-07 15:20:36

weixin_42126696 · 2023-06-07 15:20:36 发布

滤波器的变换

若低通滤波器的 $w_c$ =1，源内阻为1，这个滤波器称为低通滤波器原型。可以由低通滤波器原型变换到任意源阻抗和任意频率的高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器，变换包括阻抗变换和频率变换2个过程。

将低通滤波器的电感换为电容，电容换为电感，可以得到高通滤波器。
将低通滤波器的电感换为电感与电容的串联，电容换为电感与电容的并联，可以得到带通滤波器；
将低通滤波器的电感换为电感与电容的并联，电容换为电感与电容的串联，可以得到带阻滤波器；

平行耦合微带线带通滤波器

平行耦合微带线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠着构成。由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，因此这种传输线也称为耦合传输线。平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器由多个四分之一波长耦合微带线构成，是一种常用的分布参数带通滤波器。

平行耦合微带线的奇偶模

平行耦合微带线的中间部分是介质，介质下面为公共导体接地，介质上面为2个中心导体带(宽度为W，相距S)。平行耦合微带线为四端口网络，可以将平行耦合微带线视为偶模激励和奇模激励的叠加，偶模和奇模有不同的特性阻抗，与微带线的尺寸和材料有关。

当平行耦合微带线的长度为 $l=\frac{\lambda}{4}$ 时，有带通滤波的特性，将多个耦合微带线单元级联，可以获得良好的滤波特性。

平行耦合微带线设计步骤

根据滤波器通带和阻带衰减，选择低通滤波器原型，由此确定滤波器阶数N，并选取滤波器原型参数；
确定上边频、下边频和归一化带宽，归一化带宽为 $\Delta=\frac{w_2-w_1}{w_0}$ ;
计算平行耦合微带线各节偶模和奇模的特性阻抗为

$J_1=\frac{1}{Z_0}\sqrt{\frac{\pi\Delta}{2g_0g_1}}\\ J_i=\frac{1}{Z_0}\frac{\pi \Delta}{2\sqrt{g_{(i-1)}g_i}}\ (i=2,3,...,N) \\ J_{(N+1)}=\frac{1}{Z_0}\sqrt{\frac{\pi\Delta}{2g_Ng_{(N+1)}}}\\ Z_{0e}\mid_i=Z_0\left [ 1+Z_0J_i+\left ( Z_0J_i \right )^2 \right ] \\ Z_{0o}\mid_i=Z_0\left [ 1-Z_0J_i+\left ( Z_0J_i \right )^2 \right ]$

根据偶模和奇模的特性阻抗，确定微带线的尺寸关系。

平行耦合微带线带通滤波器的设计

设计指标

带通滤波器中心频率为2GHz；
带宽为10%，通带频率范围为1.9GHz到2.1GHz；
通带内衰减小于1dB；
在1.7GHz和2.3GHz时衰减大于20dB；
系统特性阻抗为50Ω；
微带线基板厚度选1mm，基板相对介质常数选2.7。

考虑到微带线的损耗，采用3阶、带内波纹为0.5dB的切比雪夫低通滤波器原型参数为：

$g_1=1.5963\\ g_2=1.0967\\ g_3=1.5963$

需要4节耦合微带线级联，每节的特性阻抗为

$Z_{0e}|_1\approx70.7\ ,Z_{0o}|_1\approx39.2\\ Z_{0e}|_1\approx56.6\ ,Z_{0o}|_1\approx44.8\\ Z_{0e}|_1\approx56.6\ ,Z_{0o}|_1\approx44.8\\ Z_{0e}|_1\approx70.7\ ,Z_{0o}|_1\approx39.2$