[发明专利]基于混合耦合的微带滤波器设计方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于混合耦合的微带波器设计方法。

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。滤波器的技术指标包括通带带宽、插入损耗、通带波动、通带内回波损耗、带外抑制、带内相位线性度及群时延等。按照频率响应的类型来划分，可以分为椭圆滤波器、巴特沃斯滤波器、高斯滤波器、广义切比雪夫滤波器和逆广义切比雪夫滤波器等。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/光频等较高频段内，主要使用微带线、带状线、槽线、鳍线、共面波导、同轴线、波导等多种传输线结构。这些传输线具有分布参数效应，其电气特性与结构尺寸紧密相关。在这些频段内，通常使用波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器及微带滤波器等传输线滤波器。

发明内容

到目前为止，人们已经研究出多种多样的传输线滤波器结构。然而，传输线滤波器具有分布参数效应，其设计远比集总参数滤波器的设计复杂得多。每一个传输线滤波器都可能具有不同的物理机制，需要具体进行分析。只有深入了解传输线滤波器的物理机制，才有可能更好得用它们来实现所期望的频率响应。本发明叙述了一种微带滤波器的设计方法。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。本发明所述的微带滤波器结构如图2所示。在微带线的金属上覆层(I)中刻蚀如下金属图案：输入馈线(1)、第一平行耦合线节(2)、第二平行耦合线节(3)、第三平行耦合线节(4)和输出馈线(5)。其特征在于：输入馈线(1)的右端连接到第一平行耦合线节(2)左侧的一端，在第一平行耦合线节(2)右侧的一端连接了第二平行耦合线节(3)下侧的一端，同时第二平行耦合线节(3)下侧的另一端连接到第三平行耦合线节(4)左侧的一端，第三平行耦合线节(4)右侧的一端连接到输出馈线(5)的左端。滤波器结构关于中心平面对称的。微带滤波器的电气参数为：输入馈线(1)和输出馈线(5)的特征阻抗同为R_S；第一平行耦合线节(2)和第三平行耦合线节(4)的偶模阻抗同为Z_1e，奇模阻抗同为Z_1o，电长度同为θ₁；第二平行耦合线节(3)的偶模阻抗为Z_2e，奇模阻抗为Z_2o，电长度为θ₂。如图3所示，微带滤波器的结构参数为：输入馈线(1)和输出馈线(5)的线宽用w₀表示；第一平行耦合线节(2)和第三平行耦合线节(4)的线宽为w₁，缝隙宽度为s₁，长度为l₁；第二平行耦合线节(3)的线宽为w₂，缝隙宽度为s₂，长度为l₂。

在实际应用中，需要根据用户给出的技术指标来设计这个滤波器。换句话说，就是需要快速准确得确定滤波器的各个结构参数。首先，导出图2中的微带滤波器的集总参数等效网络。图2中的微带滤波器可以看作是几个基本微带结构的组合，分别导出它们的集总参数等效网络，再按照它们的连接关系连接起来，就能得到微带滤波器的集总参数等效网络。例如，一个平行耦合线节的结构示意图如图4所示，电气参数为：偶模阻抗为Z_2e，奇模阻抗为Z_2o，电长度为θ₂。这个平行耦合线节可以用如图5所示的集总参数等效网络来等效，其中L″和L₁₂为电感，X″和X₁₂为与频率无关的感抗，j是复数单位。平行耦合线节的电气参数与其集总参数等效网络的各个元件之间的等效关系为：

其中，谐振频率