微带交指滤波器的设计

微带 滤波器设计

微带交指滤波器的设计

常树茂 刘水英

（西安机电信息研究所 710065）

摘要： 本文介绍了一种微带交指滤波器的简便设计方法。通过简单运算，可得到所需设计参数，再利用电磁仿真软件进行阻抗匹配、调整，便可获得工程实用的微带交指滤波器。文中还给出一个L波段设计实例。 关键词：耦合系数

0 引言

微带交指滤波器体积小、易加工、可靠性和一致性好，现已被广泛应用在微波系统中。设计微带交指滤波器可以先使用对称线交指滤波器的设计方法，求出交指滤波器的电容网络参数(1)，然后运用微带线设计式计算出微带参数(2)。使用这种方法一是计算繁琐，二是有时设计出的参数制板工艺很难实现。本文使用的设计参数是滤波器终端外界Q值和谐振器间的耦合系数K。终端外界Q值指的是终端电阻反射到它最近的谐振器中所得出的Q值，而耦合系数K是指滤波器中任两个相邻谐振器间的耦合阻抗与它们的电纳斜率的几何平均值之比。这些参数可以使用简单的计算式得到，而这些滤波器参数与微带参数之间的关系可以通过实验的方法得到通用曲线(3)。通过查曲线，可以很方便得到微带线的设计参数。交指滤波器的输入输出阻抗的匹配可以使用电磁仿真软件来调整，这样很快就可以设计出一个工程实用的滤波器。

1 滤波器的参数计算

1.1 滤波器Q值和K值的计算

切比雪夫终端短路式交指滤波器的滤波器节数n可以根据具体设计指标使用低通滤波器原型计算得到。 而各节电导g1,g2…gn可直接查表获得，也可计算获得。 滤波器的耦合系数用下式计算： Ki,i 1 Q

f0BW

BWf0

gigi 1

（1）

g1

f0BW

gn 1 （2）

式中

BW──滤波器通带带宽

1.2 微带参数设计

微带 滤波器设计

微带交指滤波器的结构如图1所示。

w

g

4

·····图1 微带交指滤波器结构图

由于目前缺乏精确设计微带交指滤波器的公式。所以一般先求出交指电容网络参数，再使用微带等效方法

求出微带的w宽度和微带间隙s 。这种方法繁琐不便，幸好Wong.J.S用实验的方法得到了s/h与K的两条曲线（4）。尽管这两条曲线只是对介电常数2.22和9.8而言的，但对介电常数和它相差不多的基片也是可用的，只是在电磁仿真时，稍加调整即可，如国内常用的εr =2.65和εr =9.6的介质基板，其微带设计参数就可以使用这两条曲线。

在计算出相邻谐振器之间的Ki,i+1后，利用s/h与K的曲线关系，很快就可以确定滤波器中相邻谐振器的间距si,i+1。谐振器的长度为

g

g

4

，但谐振器还要考虑终端效应的影响，所以实际谐振器的长度为：

e 0.3

w

L

0.264

0.412h

4w 0.8 e 0.258

h

（3）

馈电点的位置由下式求得（4）：

2L

l

sin

1

Z0

4Z0IQ

（4）

式中

Z0 ── 馈线微带的特性阻抗，一般为50Ω；

Z0I ── 谐振器微带无耦合情况下的特性阻抗。

1.3 馈电点阻抗匹配的调整方法

一般可言用上述方法设计的滤波器，输入阻抗很难良好匹配，必须进行匹配调整。为了调整方便、快速，文本使用了Microwave Office仿真软件中的电磁仿真功能。沿谐振器在馈电点对称的另一端调整微带宽度，经过几次调整，可以达到良好匹配。

2 设计实例

微带 滤波器设计

因工作需要，我们使用上述方法设计了一个1.2GHz～1.4GHz的通带滤波器，要求在1GHz和1.5GHz处衰减大于35dB，切比雪夫响应波纹小于0.2dB。通过计算得：

n≥3.78 取n=5

使用查表法得各个电导为：

g0=g6=1 g1=g5=1.3394 g2=g4=1.337 g3=2.166 使用(1)式，计算出的耦合系数为：

k12=k45=0.11497 k23=k34=0.09047 使用(2)式，计算出的Q值为： Q＝8.7061

选介质基片的εr =9.6、h=1mm，使用s/h与K的关系曲线得： W＝0.7mm s12=s45=1.32mm s23=s34=1.528mm 由(3)式得谐振器的长度为： L＝22.36mm 由(4)式得馈电点位置为： l＝4.1mm

把以上参数放入电子仿真软件中，并进行适应调整，得到微带交指滤波器结构图图2和测试结果图图3。

图2 微带交指滤波器结构图

微带 滤波器设计

图3 测试结果图

3 结论

参考文献

1 甘本祓、吴万春，《现代

微波滤波器结构与设计》，科学出版社 1974 2 高葆新等，《微波电路计算机辅助设计》，清华大学出版社 1988

3 I.J.Bahl,P.Bhartia,"Microwave Solid State Circuit Design",A Wiley-Interscience Publication 1988

4 Wing.J.S,"Microstrip Tapped-line Filter Design,"IEEE Trans,Micriwave Theiry Tech,Vol.MT-27,Jan,1979,9944～

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c0m1.html