[发明专利]平行耦合微带线带通滤波器的直接设计方法

说明书

本发明提供了一种设计平行耦合微带线带通滤波器的直接设计方法。主要包括两个步骤：首先根据待设计的平行耦合微带线带通滤波器的技术指标，选择相应的滤波器类型，得到与平行耦合微带线带通滤波器的集总参数等效网络相似的集总参数带通滤波器；其次，利用平行耦合微带线带通滤波器与其集总参数等效网络的等效关系，由集总参数带通滤波器的元件值计算得到平行耦合微带线带通滤波器的结构参数值。与现有设计方法相比，直接设计方法更准确更灵活。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及平行耦合微带线带通滤波器的一种直接设计方法。

背景技术

滤波器是雷达、通信及测量系统中的关键器件之一，其功能在于允许某一部分频率的信号顺利的通过，而让另外一部分频率的信号受到较大的抑制，其性能对于整个系统性能具有重要的影响。滤波器的主要技术指标包括通带带宽、插入损耗、通带波动、回波损耗、阻带抑制度、带内相位线性度及群时延等。按照类型来划分，目前常用的滤波器类型包括椭圆滤波器、巴特沃斯滤波器、高斯滤波器、切比雪夫滤波器和逆切比雪夫滤波器等等。对于模拟滤波器而言，分为集总参数模拟滤波器和分布参数模拟滤波器。在射频/微波较高频率范围内，通常使用波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器及微带线滤波器等分布参数滤波器。因为分布参数滤波器所具有的分布参数效应，其设计远比集总参数滤波器的设计复杂得多。以平行耦合微带线带通滤波器的设计为例，现有设计方法是先导出低通原型的滤波多项式，综合出集总参数低通原型网络(即定义为信号源内阻为1欧姆，通带边界角频率为1弧度/秒的低通滤波器)；然后通过低通至带通频率变换，将集总参数低通原型网络变换成相应的集总参数带通滤波器网络；再利用平行耦合微带线带通滤波器与集总参数带通滤波器网络之间的等效关系，最终确定平行耦合微带线带通滤波器的结构参数值。现有方法可以称之为现有间接设计方法。现有间接设计方法存在一些缺点：①现有间接设计方法所计算得到的结构参数值的准确性不高；②现有间接设计方法缺乏灵活性，针对相同的技术指标，只能得到一组结构参数值；③现有间接设计方法只能用于设计奇数阶平行耦合微带线带通滤波器，没法用于设计偶数阶平行耦合微带线带通滤波器。

发明内容

用于设计平行耦合微带线带通滤波器的现有间接设计方法存在一些缺点。本发明的目的是为了克服现有间接设计方法不足，提供了一种用于设计平行耦合微带线带通滤波器的直接设计方法。直接设计方法的思想是根据待设计的平行耦合微带线带通滤波器的技术指标，包括通带带宽、插入损耗、通带波动、回波损耗、阻带抑制度、带内相位线性度及群时延等，直接设计出相应的集总参数带通滤波器，然后利用集总参数带通滤波器与平行耦合微带线带通滤波器之间的等效关系，来确定平行耦合微带线带通滤波器的结构参数。所以，直接设计方法的关键是建立平行耦合微带线带通滤波器与集总参数带通滤波器之间的等效关系。

首先讨论平行耦合微带线带通滤波器的集总参数等效网络。典型微带线的结构如图1所示，主要包括三层。第I层是金属上覆层，第II层是介质基片，第III层是金属下覆层。平行耦合微带线带通滤波器是一种最经典的微带线滤波器结构，由一组连接在一起的平行耦合线节构成。平行耦合微带线带通滤波器的一般结构如图2所示，在微带线的金属上覆层上刻蚀如图2所示的金属图案，其中n(n大于等于3的正整数)个终端开路平行耦合线节连接在一起，两端再通过馈线进行能量的输入输出，构成一个平行耦合微带线带通滤波器。其等效电路如图3所示，其中第i个平行耦合线节的结构参数包括长度l_i、线宽w_i和缝隙宽度s_i，i＝1、2、…，n。Z_S和Z_L分别是两端馈线的特性阻抗。由此可见，平行耦合线节是平行耦合微带线带通滤波器的基本构成单元。任取其中一个平行耦合线节来研究，例如以第i(i＝1、2、…或n)个平行耦合线节为例，如图4所示，其中θ为电长度，Z_ie和Z_io分别是其偶模特性阻抗和奇模特性阻抗。平行耦合线节的[ABCD]矩阵可以写成下面的形式：