简述平行耦合微带线带通滤波器的设计与使用

陈川

摘 要 微波滤波器在电子对抗领域有着广泛的应用。本文阐述了带通滤波器单元的基本原理。并结合实际使用设计了一款中心频率8.4GHz的带通滤波器，通过对滤波器的实际加工测试，结果表明该款滤波器符合设计应用要求。

关键词 带通滤波器;耦合微带线;设计应用

Design and application of parallel coupled microstrip band-pass filter

Chen chuan

Nanjing Corad Electronic Equipment Co.，Ltd Jiangsu， Nanjing 211100

Abstract Microwave filter is widely used in the field of electronic countermeasures. This paper describes the basic principle of band-pass filter unit. And a band-pass filter with center frequency of 8.6GHz is designed in combination with practical application， Through the actual processing test of the filter， The results show that the filter meets the requirements of design and application.

Keywords Band-pass filter; Coupled microstrip line

引言

微波滤波器是微波系统中用于控制系统频响特性的二端口网络，在其通带频率内对信号表现为传输特性;而在其阻带频率内表现为衰减特性。微波滤波器广泛应用于雷达技术、电子对抗、卫星通信以及微波测量仪器中。在微波电路中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计出一个好的微波电路具有很重要的意义。微波滤波器分为微带滤波器、介质滤波器、波导滤波器和LTCC滤波器等。微带电路具有易与微波电路相匹配连接等优点，因此使用微带线制作的滤波器在微波电路系统中得到了广泛应用。

1基本原理

如图1所示的两端微带线，它们是带通滤波器的基本单元，图中画出了该单元输入、输出端口的几何结构，开路条件以及相应的传输线等效电路。

对于这种结构的开路传输线线段，先不考虑其严格处理方法的细节，这里直接给出其阻抗矩阵参数：

（1a）

（1b）

当把这些基本单元级连构成多节滤波器时，需要使用每个单元的两个端口都与下一个元件匹配。这也被称为求解镜像阻抗。

（2）

在区间，以电长度为自变量，可以得到输入阻抗实部的函数响应曲线，当微带线长度为或时，可以得到典型的带通滤波器特性[1]。

2设计实现与使用

单个带通滤波器单元不能提供良好的滤波器响应及陡峭的通带-阻带过渡。然而，可以通过级联这些基本单元最终得到高性能的滤波器。

为设计一个符合工程要求使用的带通滤波器，需要进行大量的计算，具体可按如下步骤顺序进行：

选择标准低通滤波器参数。根据需要的衰减和纹波，选定采用巴特沃斯或切比雪夫设计方法后，根据经验值选择合适的标准低通滤波器参数。

确定归一化带宽，上边频和下边频。根据滤波器特性对上边频和下边频以及中心频率的要求，可以确定滤波器的带宽。

可根据带宽指标计算下列参数：

（3a）

（3b）

（3c）

以上参数可用于计算传输线的奇模、偶模特性阻抗：

（4a）

（4b）

其中下标表示图3所示的耦合段单元，是滤波器输入、输出端口的传输线特性阻抗[2]。

确定微带线的实际尺寸。

本文设计平行耦合微带线带通滤波器，通带频率范围为6.3GHz～10.5GHz，距上下边频带外1GHz处抑制优于40dBc，通道内纹波系数为0.5dB，输入、输出均为50欧姆阻抗匹配。根据指标要求，选择具有0.5dB纹波的7阶切比雪夫滤波器作为原型，其元器件参数值为：，，，，，。利用（3）式和（4）式可以求出各阶的奇、偶模特性阻抗，具体见表1所示：

介质板材料选取Rogers Duroid5880，介电常数2.2，厚度为0.508mm。再利用ADS的LineCalculate功能，计算出每一微带线的具体尺寸，然后在Ansoft HFSS中仿真优化，最后优化到的参数，，，最后将优化结果出图[3]，加工，实际测试曲线如图2所示：

从实际测试结果可以看出，因采用7阶结构，带外抑制要比设计预期提高了10dBc，实际测试曲线相对仿真结果出现一些频率偏移，这可能和介质板上传输线相对较细，金属腐蚀加工精度有关，此外通过减小可以使中心频率上移，适当减小可拓展带宽且减小带内损耗。这会在以后相关滤波器的工程设计中提供一些实际指导意义[4]。

3结束语

平行耦合微带线带通滤波器以其体积小、重量轻、频带宽、易与微波电路相匹配连接等优点在微波电路中有着广泛的应用。本文借助切比雪夫滤波器低通原型元器件参数和微波CAD仿真软件进行仿真优化设计，并给出了实际测试频率响应曲线，根据测试结果可满足实际工程使用需求，目前已经使用在相关课题项目中。

参考文献

[1] Ludwig R.射頻电路设计[M].北京：电子工业出版社，2002：53.

[2] 刘长军，黄卡玛，闫丽坪.射频通信电路设计[M].北京：科学出版社，2005：29.

[3] 梁昌洪.计算微波[M].西安：西北电讯工程学院出版社，1985：101.

[4] HONG Jia-sheng，LANCASTER MJ.Microstrip Filters for RF/Microwave Applications[M].NewYork ：John Wiley&Sons.Inc，2001：72.