平行耦合微带线带通滤波器调试经验

基于接地平行耦合线的带通滤波器设计接地平行耦合线（Grounded Parallel Coupled Line，GPCL）是一种常用的微带线结构，它由两条平行的微带线通过一定的距离耦合在一起，并且其中一条微带线与地面相连。

GPCL具有许多优点，如低损耗、高品质因数、宽带宽等，因此在微波电路设计中得到了广泛应用。

本文将介绍基于GPCL的带通滤波器设计。

一、GPCL的基本原理GPCL的基本结构如图1所示。

其中，两条平行的微带线之间通过一定的距离d 耦合在一起，其中一条微带线与地面相连。

当信号从输入端口进入GPCL时，它会在两条微带线之间产生电磁耦合，从而形成一种新的传输模式，即共模模式和差模模式。

共模模式是指两条微带线上的信号同相位，而差模模式是指两条微带线上的信号反相位。

在GPCL中，共模模式和差模模式的传输速度不同，因此可以通过调整两条微带线之间的距离d来控制它们之间的电磁耦合程度，从而实现不同的滤波特性。

图1 GPCL的基本结构二、带通滤波器的设计带通滤波器是一种可以通过滤除低频和高频信号来选择特定频率范围内信号的电路。

在GPCL中，带通滤波器可以通过调整两条微带线之间的距离d来实现。

具体来说，当两条微带线之间的距离d足够小时，共模模式和差模模式的传输速度几乎相同，因此它们的相位差也很小，从而导致它们之间的电磁耦合程度很弱。

因此，当信号通过GPCL时，它会主要沿着一条微带线传输，而另一条微带线上的信号几乎不会产生影响，因此可以实现带通滤波的效果。

下面以一个具体的例子来说明如何设计一个基于GPCL的带通滤波器。

假设需要设计一个中心频率为2GHz，带宽为200MHz的带通滤波器，其电路图如图2所示。

其中，L1和L2是微带线的长度，W1和W2是微带线的宽度，S是微带线与地面之间的距离，d是两条微带线之间的距离，C1和C2是微带线与地面之间的电容。

图2 基于GPCL的带通滤波器电路图首先，需要确定微带线的特性阻抗Z0和介质常数εr。

平行耦合微带线带通滤波器的多步法优化设计
甘后乐;楼东武
【期刊名称】《微波学报》
【年(卷),期】2005(21)6
【摘要】提出一种通过提升设计频率来解决平行耦合微带带通滤波器中边缘场效应导致的中心频率偏移的方法。

同时分析了导致这种偏移的原因,并阐述了该方法的理论基础。

给出的实例证明,在使用微波软件设计平行耦合微带线带通滤波器时,这种方法是简洁且可行的。

【总页数】4页(P33-35)
【关键词】微带谐振器;带通滤波器;平行耦合传输线
【作者】甘后乐;楼东武
【作者单位】浙江大学信电系射频与微波技术实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN713.5;TN817
【相关文献】
1.基于ADS的平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化 [J], 张福洪;张振强;马佳佳
2.基于ADS简易设计及优化的平行耦合微带线带通滤波器 [J], 尹彩霞;刘小亚
3.平行耦合微带线带通滤波器的设计与优化 [J], 李奇威;郭陈江;张兴华
4.平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化 [J], 高蟠;李少甫;何永斌
5.平行耦合微带线带通滤波器的设计及优化 [J], 高蟠;李少甫;何永斌
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HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略实现射频带通滤波器有多种方法，如微带、腔体等。

腔体滤波器具有Q值高、低插损和高选择性等特点，但存在成本较高、不易调试的缺点，并不太适合项目要求。

而微带滤波器具有结构紧凑、易于实现、独特的选频特性等优点，因而在微波集成电路中获得广泛应用。

常用的微带带通滤波器有平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、1/4波长短路短截线滤波器、交指滤波器等形式以及微带线的EBG (电磁带隙)、DGS(缺陷地结构)等新结构形式。

而平行耦合微带带通滤波器具有体积小、重量轻、易于实现等优点。

01平行耦合带通滤波器的基本原理平行耦合带通滤波器是一种分布参数滤波器滤波器，它是由微带线或耦合微带线组成，其具有重量轻、结构紧凑、价格低、可靠性高、性能稳定等优点，因此在微波集成电路集成电路的供应商中，它是一种被广为应用的带通滤波器。

滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内的频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。

微波带通滤波器在无线通信系统通信系统中起着至关重要的作用，尤其是在接收机前端。

滤波器性能的优劣直接影响到整个接收机性能的好坏，它不仅起到频带和信道选择的作用，而且还能滤除谐波，抑制杂散。

02平行耦合带通滤波器结构与模型的创建平行耦合带通滤波器原理平行耦合单元由两根相互平行且有一定间距的微带线组成，其结构图包括介质层、接地层和微带线如图 3.3 所示。

图中每根微带线的宽度和厚度分别为为W 和t；两根微带线的间距为S；介质层厚度和介电常数分别为h 和Er。

两根微带线通过接底层产生了耦合效应，随之产生了奇模和偶模特征阻抗。

平行耦合带通滤波器通过级联平行耦合线元件得到。

平行耦合带通滤波器的相对带宽BW 与中心频率、上边频和下边频有关，而奇模和偶模特征阻抗由低通滤波器参数g、滤波器输入输出端口特征阻抗Zo和耦合单元组成。

可由以下公式得到：平行耦合带通滤波器参数计算与设计本节中所设计的平行耦合带通滤波器指标如下表所示：根据表中滤波器指标，选择0.1dB纹波的切比雪夫滤波器来设计，阶数为5阶。

实验四：基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计与仿真一、实验原理滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件，在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。

平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。

1、滤波器的介绍滤波波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

射频滤波器又可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。

滤波的性能指标：频率围：滤波器通过或截断信号的频率界限通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带外又产生新的通带2、平行耦合微带线滤波器的理论当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，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，这种传输线也因此称为耦合传输线。

平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。

当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。

根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。

每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。

单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。

如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。

二、耦合微带线滤波器的设计的流程1、确定滤波器指标2、计算查表确定滤波器级数N3、确定标准滤波器参数4、计算传输线奇偶模特性阻抗5、计算微带线尺寸6、仿真7、优化再仿真得到波形图设计参数要求：（1）中心频率：2.4GHz；（2）相对带宽：9%；（3）带波纹：<0.5dB；（4）在频率1.9GHz和2.9GHz处，衰减>20dB；（5）输入输出阻抗：50Ω。

ADS平行耦合微带线带通滤波器的设计1.设计指标➢通带3.0~3.1GHz➢带内衰减小于2dB，起伏小于1dB➢截止频率2.8GHz和3.3GHz，衰减大于40dB➢端口反射系数小于-20dB2.设计原理图新建工程couplefilter_weidai，菜单File->New Project(命名Project)->New Schematic window新建一个名为“couplefilter_weidai”原理图并保存，如下图所示。

（注意：工程保存的目录不能含有中文）在“Tline-Micros trip”元器件面板列表中，选择控件并编辑其属性选择微带传输线控件选择耦合线控件按照下图所示连接电路图。

这样完成了滤波器原理图基本结构，为了达到设计性能，还必须对滤波器中微带电路的电气参数和尺寸进行设置。

3.电路参数设置3.1 设置微带线参数MSUB3.2 滤波器两边的引出线是特性阻抗为50Ω的微带线，其物理尺寸可由ADS自带小软件LINECALC计算得到。

执行菜单命令【Tools】/【LineCalc】/【Start Linecalc】➢Substrate Parameters按照MSUB参数设置；➢中心频率Freq设置为：3.05GHz；➢Electrical设置Z0=50Ohm，E_Eff=90deg；➢Physical单位设置为：mm；点击Synthesize，综合出微带线宽度W=1.52mm L=13.63mm。

3.3 为了便于修改和优化，将微带线的长度和宽度用变量代替，考虑到平行耦合线滤波器的对称性，所以5个耦合线节中，第1节与第5节、第2节与第4节尺寸完全相同，按照下图参数进行设置（注意单位要选择mm）。

3.4 考虑到微带线的长度和宽度都是变量，所以需要在原理图中添加一个变量控件。

把变量控件放置到原理图中。

双击变量控件，弹出变量设置对话框，在“Name”文本框中输入变量名称，“Variable Value”文本框中输入变量的初值，单击【Add】按钮添加变量，然后单击【Tune/Opt/Sat/DOE Setup…】按钮打开参数优化对话框设置变量的取值范围，选择“Optimation”标签页。

平行耦合微带线带通滤波器的设计仿真与测试作者：徐聪唐兴来源：《现代电子技术》2013年第23期摘要：在ADS软件的辅助下，设计出了一种应用于11 GHz频段数字微波传输系统室外单元，中心频率为11 GHz，带宽为1.5 GHz的平行耦合微带线带通滤波器，并进行了实物测试，测试的[S]参数与仿真优化结果及指标要求吻合较好。

关键字： ADS；平行耦合微带线；带通滤波器； [S]参数中图分类号： TN713⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）23⁃0078⁃03 Design simulation and measurement of the parallel coupled microstrip bandpass filterXU Cong， TANG Xing（Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications， Wuhan 430070， China）Abstract： With the aid of ADS （Advanced Design System）， a parallel coupled microstrip bandpass filter is designed， which can be applied in ODU of digital microwave transmission system with 11 GHz frequency band. The centre frequency of the filter is 11 GHz， the bandwidth is 1.5 GHz. The object was tested and the performance of [S] parameter agree well with the results of the simulation optimization and the design indexes.Keywords： ADS； parallel coupled microstrip； bandpass filter； [S] parameter0 引言近年来，随着无线通信技术的高速发展，微波射频器件得到了越来越多的应用。

平行耦合微带线带通滤波器分析与设计刘新红【摘要】为了克服平行耦合微带线带通滤波器设计中存在的尺寸大、需要查表、优化困难等问题，提出了一种平行耦合微带线带通滤波器基于ADS软件的设计方法。

经过深入的理论分析发现，平行耦合线带通滤波器系统阻抗微带线非谐振单元，长度可尽量取短以减小电路尺寸；利用ADS软件自带滤波器设计工具可得到低通滤波器原型，省去了查表的麻烦；在版图优化上采用调谐方法比优化方法更有效。

仿真结果表明，所设计带通滤波器系统阻抗微带线为2．5 mm，中心频率5 GHz，相对带宽10％。

该方法在减小滤波器尺寸的同时没有降低滤波器性能，设计实现快速高效。

%In view of large size,table checking required and difficult optimization in the design of parallel coupled microstrip line bandpass filter,a design method of parallel coupled microstrip line bandpass filter based on ADS is proposed.Based on thorough theoret⁃ical analysis,it is found that the parallel coupled microstrip line bandpass filter system impedance microstrip line is not resonant,so the length can be as short as possible to reduce the circuit size.A prototype of a lowpass filter is obtained by using ADS software,eliminating the trouble of the look⁃up table;In the layout optimization,the tuning method is more effective than the optimization method.The simula⁃tion results show that the system impedance microstrip line is 2.5 mm long,the center frequency is 5GHz,and the relative bandwidth is 10%.This method can reduce the size of filter and not reduce the performance of the filter.The design and implementation of this method is fast and efficient.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2016(046)002【总页数】6页(P52-57)【关键词】平行耦合微带线;带通滤波器;谐振器;插入损耗;回波损耗;ADS仿真【作者】刘新红【作者单位】北京信息职业技术学院，北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN713.5AbstractIn view of large size,table checking required and difficult optimization in th e design of parallel coupled microstrip line bandpass filter,a design metho d of parallel coupled microstrip line bandpass filter based on ADS is propo sed.Based on thorough theoretical analysis,it is found that the parallel cou pled microstrip line bandpass filter system impedance microstrip line is not resonant,so the length can be as short as possible to reduce the circuit siz e.A prototype of a lowpass filter is obtained by using ADS software,elimina ting the trouble of the look-up table;In the layout optimization,the tuning method is more effective tha n the optimization method.The simulation results show that the system im pedance microstrip line is 2.5 mm long,the center frequency is 5 GHz,and t he relative bandwidth is 10%.This method can reduce the size of filter andnot reduce the performance of the filter.The design and implementation of this method is fast and efficient.Key wordsparallel coupled microstrip line;bandpass filter;resonator;insertion loss;retu rn loss;ADS simulation0 引言平行耦合微带线滤波器广泛应用于微波、无线通信射频前端和终端已有数十年。