[發(fā)明專(zhuān)利]一種微帶濾波器設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611114855.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106785298A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01P11/00
• 分類(lèi)號(hào): H01P11/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微帶濾波器的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

濾波器是雷達(dá)、通信及測(cè)量系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一，其功能在于允許某一部分頻率的信號(hào)順利的通過(guò)，而讓另外一部分頻率的信號(hào)受到較大的抑制，其性能對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)性能具有重要的影響。濾波器的技術(shù)指標(biāo)包括通帶帶寬、插入損耗、通帶波動(dòng)、回波損耗、阻帶抑制度、帶內(nèi)相位線性度及群時(shí)延等。按照頻率響應(yīng)的類(lèi)型來(lái)劃分，可以分為橢圓濾波器、巴特沃斯濾波器、高斯濾波器、廣義切比雪夫?yàn)V波器和逆廣義切比雪夫?yàn)V波器等。對(duì)于模擬濾波器而言，分為集總參數(shù)模擬濾波器和分布參數(shù)模擬濾波器。在射頻/微波/光頻等較高頻段內(nèi)，主要使用微帶線、帶狀線、槽線、鰭線、共面波導(dǎo)、同軸線、波導(dǎo)等多種傳輸線結(jié)構(gòu)。這些傳輸線具有分布參數(shù)效應(yīng)，其電氣特性與結(jié)構(gòu)尺寸緊密相關(guān)。在這些頻段內(nèi)，通常使用波導(dǎo)濾波器、同軸線濾波器、帶狀線濾波器及微帶線濾波器等傳輸線濾波器。

發(fā)明內(nèi)容

到目前為止，人們已經(jīng)研究出多種多樣的傳輸線濾波器結(jié)構(gòu)。然而，傳輸線濾波器具有分布參數(shù)效應(yīng)，其設(shè)計(jì)遠(yuǎn)比集總參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。每一個(gè)傳輸線濾波器都可能具有不同的物理機(jī)制，需要具體進(jìn)行分析。只有深入了解了傳輸線濾波器的物理機(jī)制，才有可能更好得使用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的頻率響應(yīng)。本發(fā)明敘述了一種微帶濾波器的設(shè)計(jì)方法。微帶線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括三層。第I層是金屬上覆層，第II層是介質(zhì)基片，第III層是金屬下覆層。本發(fā)明所研究的微帶濾波器結(jié)構(gòu)如圖2所示。在金屬上覆層(I)中刻蝕如下金屬圖案：輸入饋線(1)、第一平行耦合線節(jié)(2)、傳輸線節(jié)(3)、第二平行耦合線節(jié)(4)和輸出饋線(5)。其特征在于：輸入饋線(1)的右端連接到第一平行耦合線節(jié)(2)的左端，第一平行耦合線節(jié)(2)的右端連接到傳輸線節(jié)(3)的左端，傳輸線節(jié)(3)的右端連接到第二平行耦合線節(jié)(4)的左端，第二平行耦合線節(jié)(4)的右端連接到輸出饋線(5)的左端。濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中心平面對(duì)稱(chēng)的。設(shè)輸入饋線(1)和輸出饋線(5)的特征阻抗同為R_S。第一平行耦合線節(jié)(2)和第二平行耦合線節(jié)(4)的偶模阻抗同為Z_1e，奇模阻抗同為Z_1o，電長(zhǎng)度同為θ₁。傳輸線節(jié)(3)的特征阻抗為Z₂，電長(zhǎng)度為θ₂。

在實(shí)際使用中，需要根據(jù)用戶(hù)給出的技術(shù)指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)濾波器。換句話說(shuō)，就是如何快速準(zhǔn)確得確定濾波器的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。借助于傳輸線理論可以描述這個(gè)濾波器的物理機(jī)制，例如可以導(dǎo)出其相應(yīng)的散射矩陣、導(dǎo)納矩陣、阻抗矩陣或者級(jí)聯(lián)矩陣。然而這些矩陣中通常都包含有三角函數(shù)等一些特殊函數(shù)，使濾波器具有分布參數(shù)效應(yīng)，從而讓設(shè)計(jì)變得非常困難。本發(fā)明針對(duì)此濾波器提出了一種新型設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明所述設(shè)計(jì)方法的第一步，建立微帶濾波器的集總參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)出微帶濾波器的電氣參數(shù)與集總參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)的元件之間的等效關(guān)系式。圖2中所示的微帶濾波器可以看作是幾個(gè)基本傳輸線結(jié)構(gòu)的連接而成。只要導(dǎo)出這些基本傳輸線結(jié)構(gòu)的集總參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)，就能夠根據(jù)它們?cè)谖V波器中的連接關(guān)系，進(jìn)而建立微帶濾波器的集總參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)。最終，圖2所示的微帶濾波器的集總參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。其中，L為電感，jX為電抗，K₁₂和K₂₃為阻抗倒置器，R_S為源和負(fù)載阻抗，V_S為激勵(lì)源。微帶濾波器的電氣參數(shù)與其集總參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)的元件之間的等效關(guān)系式為：

K₂₃＝Z₂/sinθ₂(3)

另外，ω₀＝-X/L為諧振頻率。

設(shè)計(jì)方法的第二步，根據(jù)微帶濾波器的技術(shù)指標(biāo)，利用集總參數(shù)濾波器設(shè)計(jì)方法確定集總參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)元件值；設(shè)計(jì)方法的第三步，根據(jù)第一步中導(dǎo)出的等效關(guān)系式，由集總參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)元件值計(jì)算得到微帶濾波器的各個(gè)電氣參數(shù)，進(jìn)而確定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)值；設(shè)計(jì)方法的第四步，使用計(jì)算得到的微帶濾波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)值建模，進(jìn)行電磁仿真優(yōu)化，使傳輸線濾波器的性能最終滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。

本發(fā)明所述的設(shè)計(jì)方法的有益效果是：它能揭示該微帶濾波器的物理機(jī)制，從而可以更好得控制其性能；它能通過(guò)計(jì)算快速得到一組結(jié)構(gòu)參數(shù)值，可以縮短研制周期。

附圖說(shuō)明

圖1：微帶線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：微帶帶通濾波器示意圖；