平行耦合微带带通滤波器设计
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基于接地平行耦合线的带通滤波器设计
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。
抽头式微带平行耦合带通滤波器的设计
本论文以抽头式微带平行耦合带通滤波器为研究对象，以实现对这种滤波器的高效设计，现总结如下：
1）介绍了微波滤波器的基础理论，论述了微波滤波器的传输函数、低通原型、频率变换等。
2）对抽头线单元和内部耦合结构给出了等效电路分析方式和设计方案。
3）结合具体的微波滤波器设计指标，给出了抽头式微带平行耦合滤波器的设计实例和仿真结果，并对滤波器进行了优化。
我国从50年代后期开始普遍利用滤波器，通过半个多世纪的进展，在滤波器的研制、生产、应用等方面已纳入国际进展的轨道，但由于缺少专门的研制机构，集成工艺和材料科学跟不上束，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际上仍有一段距离。
目前，平行耦合微带线滤波器已经普遍应用在各类微波电路中，同时在此基础上，又引伸和进展了多种变型结构，如发夹线和混合发夹线结构、割裂环式结构、阶梯阻抗式结构、直排结构等，并有各自的特点，取得了普遍的应用。同时，微带线滤波器的设计方式也有专门大的改变，传统利用集中元件的设计方式不能应用于微波领域，散布元件法已经普遍应用在微带线滤波器的设计中，而且随着各类高频仿真软件的推行，理论计算与运算机优化有机地结合起来，使得滤波器的设计愈来愈精准。
插入损耗：在电路中由于插入滤波器所致使的信号损耗，用 参数来定量描述，以dB为量度单位，概念式为:
（2-4）
与3dB带宽相对应，一样以为通带插损不超过3dB。对阻带衰减的标准各不相同，一样以为至少大于15dB。
回波损耗：用 参数来定量描述，以dB为量度单位，概念为输入功率 与反射功率 的比值再取对数，即：
1.6微波滤波器的要紧参数指标
微波滤波器设计中需要考虑的一些要紧指标如下：
中心频率：即滤波器的通带的中心频点 。
通带带宽：严格意义上来讲，带宽又能够划分为噪声带宽、3dB带宽、奈奎斯特带宽、滚降系数带宽等假设干种，利历时要明确加以区分。在本文的微波滤波器设计中一样所指均为3dB带宽，即通带衰减达到3dB时对应的上下限截止频率 和 之间的宽度，相对带宽概念为绝对带宽与中心频率 的比值，表达式如下：
1）介绍了微波滤波器的基础理论，论述了微波滤波器的传输函数、低通原型、频率变换等。
2）对抽头线单元和内部耦合结构给出了等效电路分析方式和设计方案。
3）结合具体的微波滤波器设计指标，给出了抽头式微带平行耦合滤波器的设计实例和仿真结果，并对滤波器进行了优化。
我国从50年代后期开始普遍利用滤波器，通过半个多世纪的进展，在滤波器的研制、生产、应用等方面已纳入国际进展的轨道，但由于缺少专门的研制机构，集成工艺和材料科学跟不上束，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际上仍有一段距离。
目前，平行耦合微带线滤波器已经普遍应用在各类微波电路中，同时在此基础上，又引伸和进展了多种变型结构，如发夹线和混合发夹线结构、割裂环式结构、阶梯阻抗式结构、直排结构等，并有各自的特点，取得了普遍的应用。同时，微带线滤波器的设计方式也有专门大的改变，传统利用集中元件的设计方式不能应用于微波领域，散布元件法已经普遍应用在微带线滤波器的设计中，而且随着各类高频仿真软件的推行，理论计算与运算机优化有机地结合起来，使得滤波器的设计愈来愈精准。
插入损耗：在电路中由于插入滤波器所致使的信号损耗，用 参数来定量描述，以dB为量度单位，概念式为:
（2-4）
与3dB带宽相对应，一样以为通带插损不超过3dB。对阻带衰减的标准各不相同，一样以为至少大于15dB。
回波损耗：用 参数来定量描述，以dB为量度单位，概念为输入功率 与反射功率 的比值再取对数，即：
1.6微波滤波器的要紧参数指标
微波滤波器设计中需要考虑的一些要紧指标如下：
中心频率：即滤波器的通带的中心频点 。
通带带宽：严格意义上来讲，带宽又能够划分为噪声带宽、3dB带宽、奈奎斯特带宽、滚降系数带宽等假设干种，利历时要明确加以区分。在本文的微波滤波器设计中一样所指均为3dB带宽，即通带衰减达到3dB时对应的上下限截止频率 和 之间的宽度，相对带宽概念为绝对带宽与中心频率 的比值，表达式如下：
基于ADS的平行耦合微带带通滤波器的优化设计
ｈｏｗ ｏ ｕｓ Ｄ Ｓ ｏ ｔ ａｒ ｔ ｅＡ ｓ ｆ ｗ ｅ ｑｕｉ ｋｌ ａ ｃ ｙ ｎｄ ｆ ｅ ｉ ｌ ｍ ｉ ｒ ｔ ｉ ｆｌｅｒｄｅ ｉ ｏｃ ｓ ｅ ｆ ｃｔｖｅｙ ｃ ｏｓ ｒｐ ｉｔ ｓ ｇｎ ｐｒ ｅｓ ；Ｄ ｅｓｇｎ ｐｔｍ ｉ ａｔｏｎ ｉ ｏ ｉ ｚ ｉ ｏｆｐａｒ ａｍ ｅ ｅｒ ｔ ｓ
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的设计 流程 。
微 波 滤 波 器 是 微 波 系 统 中用 于 控 制 频 率 响 应 特 性 的 二
端 口 网 络 ， 其 通 带 内 对 信 号 表 现 为 传 输 特 性 ，而 在 其 阻 带 在
内 表 现 为衰 减 特 性 。在 微 波 电路 系 统 中．滤 波 器 的 性 能 对 电
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Ｌｉ ａ ． ｎｅ Ｂ ｎｄ ． ｐａｓ ｌｅ ｓ Ｆｉｔ ｒ
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略
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。
平行耦合微带带通滤波器设计教材
研 究 生 课 程 论 文(2015-2016学年第一学期)射频电路分析与设计研究生：说明1、课程论文要有题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及参考文献。
论文题目由研究生结合课程所学内容选定；摘要500字以下，博士生课程论文要求有英文摘要；关键词3～5个；参考文献不少于10篇，并应有一定的外文文献。
2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上下载的，或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计0分。
3、课程论文用A4纸双面打印。
字体全部用宋体简体，题目要求用小二号字加粗，标题行要求用小四号字加粗，正文内容要求用小四号字；经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体全部用Times New Roman，题目要求用18号字加粗；标题行要求用14号字加粗，正文内容要求用12号字；行距为2倍行距（方便教师批注）；页边距左为3cm、右为2cm、上为 2.5cm、下为2.5cm；其它格式请参照学位论文要求。
4、学位类别按博士、硕士、工程硕士、MBA、MPA等填写。
5、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。
基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器摘要：介绍了平行耦合微带线带通滤波器设计的基本原理，使用安捷伦公司的ADS电磁仿真软件具体设计了一个通带范围为4.8GHz至5.2GHz的一个带通滤波器。
该带通滤波器的通带内的插入损耗低于3dB,相对相速度是真空中电磁波传播速度的60%，2倍的归一化频率处的衰减低于50dB,输入输出阻抗均设置成了50 ，设计达到了给定的指标要求。
关键词：ADS 带通滤波器平行耦合微带线一、平行耦合微带线带通滤波器的基本原理：平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组成，结构简单，易于实现，可以印制在很薄的介质基板上。
平行耦合线微带带通滤波器的结构如图1 所示[1] , 它是由若干带通耦合线节相连组成, 左右对称, 每一个耦合线节长度约为1/4 波长(对中心频率而言，电长度约为90deg), 其等效电路如图1 下方所示。
ADS平行耦合微带线带通滤波器仿真REV1.0
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-Microstrip”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）。
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。
平行耦合微带带通滤波器设计剖析
研 究 生 课 程 论 文(2015-2016学年第一学期)射频电路分析与设计研究生：说明1、课程论文要有题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及参考文献。
论文题目由研究生结合课程所学内容选定；摘要500字以下，博士生课程论文要求有英文摘要；关键词3～5个；参考文献不少于10篇，并应有一定的外文文献。
2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上下载的，或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计0分。
3、课程论文用A4纸双面打印。
字体全部用宋体简体，题目要求用小二号字加粗，标题行要求用小四号字加粗，正文内容要求用小四号字；经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体全部用Times New Roman，题目要求用18号字加粗；标题行要求用14号字加粗，正文内容要求用12号字；行距为2倍行距（方便教师批注）；页边距左为3cm、右为2cm、上为 2.5cm、下为2.5cm；其它格式请参照学位论文要求。
4、学位类别按博士、硕士、工程硕士、MBA、MPA等填写。
5、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。
基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器摘要：介绍了平行耦合微带线带通滤波器设计的基本原理，使用安捷伦公司的ADS电磁仿真软件具体设计了一个通带范围为4.8GHz至5.2GHz的一个带通滤波器。
该带通滤波器的通带内的插入损耗低于3dB,相对相速度是真空中电磁波传播速度的60%，2倍的归一化频率处的衰减低于50dB,输入输出阻抗均设置成了50 ，设计达到了给定的指标要求。
关键词：ADS 带通滤波器平行耦合微带线一、平行耦合微带线带通滤波器的基本原理：平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组成，结构简单，易于实现，可以印制在很薄的介质基板上。
平行耦合线微带带通滤波器的结构如图1 所示[1] , 它是由若干带通耦合线节相连组成, 左右对称, 每一个耦合线节长度约为1/4 波长(对中心频率而言，电长度约为90deg), 其等效电路如图1 下方所示。
平行耦合微带线带通滤波器分析与设计
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。
平行耦合微带线滤波器的优化设计方法
平行耦合微带线滤波器的优化设计方法
1平行耦合微带线滤波器
平行耦合微带线滤波器（Parallel Coupled Microstrip
Filter，PCF）是一种利用平行耦合两个微带线耦合而成的电磁元件，广泛用于过滤器中。
它具有具有良好的快速响应、高通频带宽和高抑制特性。
许多研究者研究了PCF的设计和优化，取得了很多的研究成果。
2优化设计方法
（1）数值优化设计方法。
基于微带线耦合器有限差分法提出了PCF带宽优化方法，利用数值例程解决PCF的驻波比优化设计问题。
这种数值优化设计方法又被称为基于数值优化的梯度法设计方法，它是在使用有限差分法求得电磁场的基础上，通过从电器中获得目标函数的梯度信息，从而实现快速且有效的滤波器优化设计。
（2）传统的最优化方法。
根据半径的不同和元件的结构，PCF可以分为几何优化和特征参数优化两个类型。
对于第一种，通过最优化法寻找最优的微带线几何参数，从而获得最佳的滤波器性能。
而对于特征参数优化，主要是利用可变零点位置和特征参数来优化PCF，改变零极点的位置可以有效改变滤波器的特性，进而获得高效率、低插入损耗和宽带宽的滤波器。
3综述
平行耦合微带线滤波器是众多滤波应用中常用的电磁元件，其优化设计也一直受到学者的关注。
在设计优化的基础上，主要有数值优化设计方法和传统的最优化方法等两种方法，它们既能获得最优的滤波器特性，也可以有效地改变滤波器的性能，从而实现PCF的高性能设计。
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略HFSS（High Frequency Structural Simulator）是一款广泛应用于高频电磁场仿真的软件工具，具有高效准确的计算能力，广泛应用于微波通信、天线设计、微带滤波器设计等领域。
在微带带通滤波器设计中，HFSS软件可以帮助工程师快速准确地设计出性能优异的滤波器，提高设计效率和准确性。
本文将介绍HFSS软件在高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真中的一般步骤和攻略。
一、平行耦合微带带通滤波器原理平行耦合微带带通滤波器是一种结构简单、性能良好的微带滤波器，通常由一组垂直耦合微带谐振器和几个开路微带谐振器组成。
通过合理设计电路结构中的微带谐振器的长度、宽度和耦合间隔等参数，可以实现所需的滤波特性。
平行耦合微带带通滤波器通常具有较低的插入损耗、较高的带宽和较好的阻带衰减等性能。
二、HFSS平行耦合微带带通滤波器设计步骤1.确定滤波器的工作频率和性能指标，如通带中心频率、通带带宽、阻带衰减等；2.设计滤波器的电路拓扑结构，包括微带谐振器的种类和数量、耦合方式等；3.利用HFSS软件建立滤波器的三维模型，并设置仿真参数，如工作频率、网格精度等；4.通过HFSS软件进行电磁场仿真，分析滤波器的传输特性和谐振器的工作状态，调整设计参数以满足性能指标；5.优化滤波器的结构设计，如微带谐振器的长度、宽度和耦合间隔等参数；6.在HFSS软件中进行频域和时域仿真，验证滤波器的性能指标是否满足设计要求；7.在满足性能指标的前提下，进一步优化滤波器的结构设计，以降低损耗和提高性能；8.导出最终的滤波器设计文件，用于制作和验证实际器件性能。
1.合理选择HFSS软件版本和许可证类型，确保软件功能和性能满足设计需求；2.熟练掌握HFSS软件的操作界面和基本功能，包括建模、设置仿真参数、网格划分、分析结果等；3.在建立滤波器的三维模型时，注意设计精度和模型简化，提高仿真效率和准确性；4.在仿真过程中，结合HFSS软件的参数优化功能，快速有效地调整设计参数，实现滤波器性能的优化；5.结合HFSS软件的频域和时域仿真功能，全面分析滤波器的传输特性和动态响应，确保性能指标的准确性；6.在滤波器设计的不同阶段，及时保存和备份仿真文件和结果，方便后续验证和分析；8.最终，通过HFSS软件的仿真和验证结果，确定滤波器的结构设计方案，并导出制作文件进行实际器件的制作和测试。
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3.3 仿真与实验结果
由表 3-3 中的数据，在 HFSS 仿真软件中建立初步仿真模型，介质板电常数 3.66，厚度为 0.508mm，高度为 0.001mm（可 忽略不计）模型图如 3-1 所示。
图 3-1 耦合微带线滤波器模型图
图 3-2 理论计算的耦合微带线带通滤波器的 S 参数曲线图
按照理论计算的数据仿真出的结果如图 3-2 所示。从图中可以看出效果很差，对其进行优化。最终优化后得到的 S 参数曲 线如图 3-3、3-4 所示。
2.2 平行耦合带通滤波器原理
图 2-1 平行耦合微带滤波器
平行耦合微带带通滤波器是根据反对称原型滤波器设计的，这样的滤波器是关于其中心对称的。这些耦合微带线结构由两 根平行放置、彼此靠得很近的微带线构成，即为谐振器，它含有 n 个谐振器，就表示滤波器的阶数，每个谐振器的长度为半波 长，由 n+1 个平行耦合线节组成，长度为四分之一波长。其带通频率响应则由低通原型滤波器转换而来，低通原型滤波器可以 用传输函数的幅度平方来定义。这种几何结构包括介质层和微带线，介质层厚度为 h,相对介电常数为εr。 微带线的奇模、偶模通过公共接地板产生耦合效应，由于耦合效应而导致了奇模、偶 模特性阻抗,并且构成分布参数元件, 将耦合微带线元件级联到一起就可得到带通滤波器的特性[8-10]。 多种方法可以实现带通滤波器，有微带、有腔体等等。腔体滤波器虽然具有 Q 值高、高选择性[10]及插损低等优点，但因其 成本较高、不易调试的缺点，并不太符合实际要求。微带滤波器就不同了，其结构紧凑、易于实现、选频特独特性等等优点， 因而在集成电路中获得广泛应用。常用的微带滤波器有发夹型滤波器、平行耦合微带线滤波器、波长短截线滤波器、交指滤波 器等形式以及微带线 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，较好的符合了本项目需要。 计算物理尺寸步骤如下： 1、由已知条件选择适合的归一化低通原型滤波器，用式（2-10）求出归一化频率，进而得到滤波器阶数及滤波器参数[11-12] （可查找表格） 。
平行耦合微带带通滤波器设计
张 静 摘要：微带线结构的特点，便于加工制作与批量生产，而且易于其他有源、无源的微波器件集成，是现在使用比较广泛的平 面传输线。滤波器和微带线滤波器为两类经常应用在微波滤波中的器件，相比于腔体滤波器，微带线滤波器具有更小的体积, 方便与集成在射频电路中，具有更广泛的应用。 微带线带通滤波器是一种常用在各种微波产品中的重要器件,具有结构小、集成性强等优势。本文设计是基于工程应用的 需要，完成指标厚度为 0.508 毫米的 RogersR04350 微带介质版在工作频段 1800~1900MHz 达到衰减要求的一款平行耦合线微 带带通滤波器，使之掌握工程开发的相关流程以及当前技术发展与需求。通过计算完成建模、优化与最后的实物制作，性能 与设计一致。 关键词：带通滤波器；微带；平行耦合 Abstract：The microstrip line was widely used in microwave field because it can manufacture easily and can be mass-produced. What’s more, it can integrate easily with other microwave devices. Cavity filter and microstrip line filter was widely used in microwave filter de vices. However, microstrip line filter is smaller than cavity filter, and it can use in RF circuits easily. So this filter was widely used in microwave field. Microstrip line filter has been used in many microwave devices. In this paper,the microstripline filter was based in engineering application. It can work in the scope of 1800~1900MHz, and its process can match the demand of development. We use HFSS software to design the model of this filter, and then we simulate this filter. As the resultit ,can meet the demand. Key Words：Bandpass filter; Microstrip; Paralle coupling
2. 微带带通滤波器一般分析 2.1 微带传输线的基本理论
微带线（Microstrip Line）是一种微波传输线，在 20 世纪 50 年代发展于。其缺点是损耗教大，Q 值低，功率容量低；其优 点是体积很小、重量很轻、频带宽、可集成化。目前，微波系统逐步向固态化及小型化的方向发展，所以微带线就得到了广泛 的使用。 微带线也是一根信号线，用一种电介质将它与地面隔离开。它的厚度、宽度、介质的高度以及介质的介电常数共同决定了 微带线的特性阻抗。若想控制特性阻抗，就可以通过控制其厚度、宽度以及介质的高度来达到目的。 对称微带线又称带状线（Stripline）,是一种以空气或固态介质绝缘的 双地板传输线。带状线可以看成是由同轴线演变而来 的。不对称微带线（即标准微带线）是由沉积在介质基本上的金属导体带条和接地板构成的。微带线可以看成由平行双导线演 变而来的。[4-6]
2.2 低通滤波器的响应
设计滤波器的基础是低通滤波器，各集总元器件的滤波器（如高通、带阻、带通）以及分布参数元器件滤波器，都可以通 过低通滤波器转换得到。插入损耗作为考察滤波器的 常用的指标，插入损耗随所需的响应的不同，可以选择不同的函数，常 用的有通带内最平坦、通带内有等幅波纹起伏、通带和阻带内都有等幅波纹起伏和通带内有线性相位等响应，对应上述响应的 滤波器称为巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆函数滤波器和线性相位滤波器等[7]。
C U L C
c
(2-1)
其中ωU 为上边频，ωL 为下边频，ωc 在低通和高通滤波器中为截止频率，在带通和带阻滤波器中为中心频率。 2、确定归一化带宽。由上边频和下边频可确定归一化带宽：
BW UFra bibliotek LC
(2-2)
J 0,1 Z 0 2 g 0 g1 1 BW J i,i 1 Z 0 2 g i g i 1 1 BW J N , N 1 Z 0 2 g N g N 1 1
52.52
52.52
53.12
63.65
表 3-3 偶、奇模阻抗决定耦合微带线的尺寸 耦合段编号 宽度 W 长度 L 间隙 S 1 0.9826 24.377 2 0.2253 2 1.1008 24.0543 1.0563 3 1.1042 24.0532 1.2414 4 1.1042 24.0532 1.2414 5 1.1008 24.0543 1.0563 6 0.9826 24.3772 0.2253
BW
(2-3)
利用上述公式及式（2-2）可求出滤波器奇模、偶模特性阻抗[13]：
Z |
Z 0 1 Z 0 J i ,i 1 1 Z 0e |i,i1 Z 0 Z 0 J i ,i 1
0 o i ,i 1
Z 0 J i,i1 Z 0 J i,i1
2 2
(2-4)
式中，脚标 i 表示耦合单元，Z0 是输入输出端口特性阻抗。 3、确定微带线的物理尺寸。利用奇偶模特性阻抗的值，借助于数值计算求出阻抗表，根据阻抗表换算出实际的尺寸。
3. 运用 HFSS 进行设计模拟仿真 3.1 平行耦合微带带通滤波器的设计步骤
1）由给定的工作频段，求出滤波器的各项技术指标。如中心频率、带宽等。 2）求滤波器尺寸。 利用已知量确定平行耦合滤波器的阶数，得到参数 g，进而求出滤波器的奇、偶模特性阻抗，利用特性阻抗求出微带线的 物理尺寸。
图 3-3 修整后的 S 参数曲线图
图 3-3 最优化后的 S 参数曲线图
3.3 实物制作与检测
制作的实物图形， 如图 3-4。 实物测试的图形， 如图 3-5 所示。 经矢量网络分析仪测试后得到的频率曲线图， 如图 3-6 所示。
图 3-4 平行耦合微带带通滤波器实物图
图 3-6 平行耦合微带滤波器实物测试的频率响应图 图 3-5 实物测试
利用计算公式求出奇、偶模特性阻抗，见表 3-2： 3) 根据算出的偶、奇模阻抗决定耦合微带线的尺寸于表 3-3 中：表 3-2 各耦合段的偶、奇模阻抗值
耦合段编 0 号 偶模阻 抗 奇模阻 抗 41.33 1 47.24 2 47.71 3 47.71 4 47.24 5 41.33
63.65
53.12
3）建立仿真模型图。 用已得到的物理尺寸，运用 HFSS 软件建立初步的仿真模型图并进行仿真。得到仿真结果图形。 4）对初步的仿真模型进行进一步优化。
3.2 平行耦合微带带通滤波器的设计实例
要求设计出平行耦合型微带带通滤波器，工作频段在 f1～f2=1800MHz～1900MHz 通带衰减：LAr=0.1dB，输入、输出端微 带线特性阻抗 Z0=50Ω，使用的介质基板介电常数εr=3.66，高度 h=0.508mm，t=0.001mm（也可忽略不计） 。 设计步骤： 1) BW=1900-1800MHz=100MHz，f=f0-BW=1849-100MHz=1749MHz，利用式 2-1 得到频率为 =− 2.06，查切比雪夫滤波