[发明专利]一种微带滤波器设计方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种微带滤波器的设计方法。

背景技术

滤波器是雷达、通信及测量系统中的关键器件之一，其功能在于允许某一部分频率的信号顺利的通过，而让另外一部分频率的信号受到较大的抑制，其性能对于整个系统性能具有重要的影响。滤波器的技术指标包括通带带宽、插入损耗、通带波动、回波损耗、阻带抑制度、带内相位线性度及群时延等。按照频率响应的类型来划分，可以分为椭圆滤波器、巴特沃斯滤波器、高斯滤波器、广义切比雪夫滤波器和逆广义切比雪夫滤波器等。对于模拟滤波器而言，分为集总参数模拟滤波器和分布参数模拟滤波器。在射频/微波/光频等较高频段内，主要使用微带线、带状线、槽线、鳍线、共面波导、同轴线、波导等多种传输线结构。这些传输线具有分布参数效应，其电气特性与结构尺寸紧密相关。在这些频段内，通常使用波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器及微带线滤波器等传输线滤波器。

发明内容

到目前为止，人们已经研究出多种多样的传输线滤波器结构。然而，传输线滤波器具有分布参数效应，其设计远比集总参数滤波器的设计复杂得多。每一个传输线滤波器都可能具有不同的物理机制，需要具体进行分析。只有深入了解了传输线滤波器的物理机制，才有可能更好得使用它们来实现所需要的频率响应。本发明叙述了一种微带滤波器的设计方法。微带线的结构如图1所示，主要包括三层。第I层是金属上覆层，第II层是介质基片，第III层是金属下覆层。本发明所研究的微带滤波器结构如图2所示。在金属上覆层(I)中刻蚀如下金属图案：输入馈线(1)、第一平行耦合线节(2)、传输线节(3)、第二平行耦合线节(4)和输出馈线(5)。其特征在于：输入馈线(1)的右端连接到第一平行耦合线节(2)的左端，第一平行耦合线节(2)的右端连接到传输线节(3)的左端，传输线节(3)的右端连接到第二平行耦合线节(4)的左端，第二平行耦合线节(4)的右端连接到输出馈线(5)的左端。滤波器结构关于中心平面对称的。设输入馈线(1)和输出馈线(5)的特征阻抗同为R_S。第一平行耦合线节(2)和第二平行耦合线节(4)的偶模阻抗同为Z_1e，奇模阻抗同为Z_1o，电长度同为θ₁。传输线节(3)的特征阻抗为Z₂，电长度为θ₂。

在实际使用中，需要根据用户给出的技术指标来设计这个滤波器。换句话说，就是如何快速准确得确定滤波器的各个结构参数。借助于传输线理论可以描述这个滤波器的物理机制，例如可以导出其相应的散射矩阵、导纳矩阵、阻抗矩阵或者级联矩阵。然而这些矩阵中通常都包含有三角函数等一些特殊函数，使滤波器具有分布参数效应，从而让设计变得非常困难。本发明针对此滤波器提出了一种新型设计方法。本发明所述设计方法的第一步，建立微带滤波器的集总参数等效网络，导出微带滤波器的电气参数与集总参数等效网络的元件之间的等效关系式。图2中所示的微带滤波器可以看作是几个基本传输线结构的连接而成。只要导出这些基本传输线结构的集总参数等效网络，就能够根据它们在微带滤波器中的连接关系，进而建立微带滤波器的集总参数等效网络。最终，图2所示的微带滤波器的集总参数等效网络如图3所示。其中，L为电感，jX为电抗，K₁₂和K₂₃为阻抗倒置器，R_S为源和负载阻抗，V_S为激励源。微带滤波器的电气参数与其集总参数等效网络的元件之间的等效关系式为：

K₂₃＝Z₂/sinθ₂(3)

另外，ω₀＝-X/L为谐振频率。

设计方法的第二步，根据微带滤波器的技术指标，利用集总参数滤波器设计方法确定集总参数等效网络的各个元件值；设计方法的第三步，根据第一步中导出的等效关系式，由集总参数等效网络的各个元件值计算得到微带滤波器的各个电气参数，进而确定相应的结构参数值；设计方法的第四步，使用计算得到的微带滤波器的结构参数值建模，进行电磁仿真优化，使传输线滤波器的性能最终满足技术指标的要求。

本发明所述的设计方法的有益效果是：它能揭示该微带滤波器的物理机制，从而可以更好得控制其性能；它能通过计算快速得到一组结构参数值，可以缩短研制周期。

附图说明

图1：微带线结构示意图；

图2：微带带通滤波器示意图；