微波滤波器设计10932.docx

微带抽头线滤波器的设计
二十五所魏绍仁
【摘要】本文旨在介绍微带抽头滤波器的曲线设计和运用MicrowaveOffice软件对其设计、优化。微带抽头线滤波器设计与常规微带滤波器相比其优点就是中等带宽而言在结构上很容易实现，而常规微带滤波器已达到其结果的极限范围。但是曲线设计有一定的误差，而用MicrowaveOffice软件可以进行比较准确的设计。
【关键词】微带抽头线滤波器，耦合系数。

一、引言
微波带通滤波器是一种受到广泛研究的滤波器，其中最适合微波集成电路的就是半波长平行耦合滤波器，它们均不要求微带电路到地的连接（在微波集成电路中，这种对地连接是不方便的）。如今由于工艺上的进步，这种接地已不成问题，这使得微带抽头线耦合滤波器的制作上很容易实现。和常规的滤波器相比具有体积小和成本低的优点。尤其在端节耦合非常紧的情况下，而同样的滤波器用抽头线法则是可行的。在以前发表的有关文章中都没有介绍进行抽头滤波器的准确的设计，而本文介绍的MicrowaveOffice软件就可以对其进行比较准确的设计。

二、微带抽头交指滤波器的设计
在微带抽头交指滤波器的设计中，以抽头为加载的第一和最后一节的单端加载Q（QS）和相邻谐振器之间的偶合系数（K）是些必不可少的参量。一旦知道了单端加载Q值，那么图1的分接点1/L就可以由下式算出：
SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0(1)
式中：R信号源阻抗（一般都是50欧姆）
ZC为滤波器的内阻抗。
Qsi为单端加载Q值
L为耦合微带线的长度
l为抽头线到短路端的距离
耦合系数（k）是由线宽和谐振器间的距离来确定的，在耦合系数的测量实验中，各谐振器带线宽度可以选得相等，而通过改变间隙以得到不同的耦合，从而得到S/H对K的关系曲线见（附录二），这里不去追究实验原理、方法。
SKIPIF1<0
图一交指抽头滤波器
下面给出一个在微带交指滤波器在DF21C高频前端上的典型实例。滤波器的技术指标：中心频率为f0GHz，相对带宽为10%，带内衰减为2dB，在3BW3dB以外抑制为45dB以上。根据滤波器的设计指标，选用八极点微带抽头线交指滤波器，并选用复合介质基片SKIPIF1<0=9.6H=0.8mm。
SKIPIF1<0
图二8极点微带抽头线交指滤波器
在设计这一滤波器时，第一步是确定它的3dB带宽。利用关系式BW3dB=BW/0.955就可以确定3dB带宽是138.22MHz。为使最大功率传递到终端负载上，在文献[2]5-8-28中TABLEⅦ提供了滤波器的归一化单端加载Q值和归一化耦合系数（K）值。其值为
q2,3,4,5,6,7=∞
q1=q2=1.25
k12=k78=0.727
k23=k67=0.545
k34=k56=0.56
k45=0.510
式中：qi为归一化单端加载Q值
ki,j为归一化耦合系数K值
滤波器的实际耦合系数（K）可以由下式算出：
K=Kn,m（BW3dB/f0）=0.1047Kn,,m
式中：Kn,m为实际耦合系数K值
BW3dB为3dB通带带宽
f0为中心频率
由滤波器的k值和S/H的关系曲线（附录二）可以得到S值，滤波器的内阻抗可计算微带线的
最后是计算输入和输出抽头的位置，有公式
SKIPIF1<0
式中：Qs为单端加载Q值
q为归一化单端加载Q值
f0为中心频率
BW3dB为3dB通带带宽
就能确定l/L。由于曲线设计，有一点的误差，实际制作的滤波器在频率上有所偏移，但基本符合设计指标，在镜像抑制上还是相当不错的。

三、MWOffice软件对抽头滤波器的仿真和优化
MicrowaveOffice是AWR(AppliedwaveResearchInc)的一个专业微波设计，仿真的软件。这个软件优于以前的EESOF软件，图形化的设计简单明了，并且能对EESOF中无法描叙的微波结构进行描叙，像微带线之间的这种多级抽头耦合在EESOF中是不好描叙的，但是在MWOffice中是很方便描叙的。
下面以上述微带抽头线滤波器的设计为例，滤波器的技术要求是八节，BW为10%，40dB以上的抑制。在MicrowaveOffice中进行设置、模拟和优化。首先对计算频率进行设置，在打开一个NewProject后双击ProjectFrequency，设置开始和终止频率以及STEP如图三所示：
SKIPIF1<0图三、工作频率的设置
然后就是建立微带抽头滤波器的模型，虽说元件中有许多耦合
微带线的模型结构，但是由于抽头的存在，我们不得不对滤波器进行
分解，首先新建一个模型（NewSchematic），然后在元件（Elem）的
微带中选择你自己需要的元件，如图四所示：
SKIPIF1<0
图四、滤波器的模型
建立好模型以后