无线通信系统中的带通滤波器研究毕业论文.doc

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1、摘要 当今无线通信技术的发展对微波电路的性能要求越来越高、种类越来越多，新的工艺和设计方法也相应层出不穷。而带通滤波器作为其中的一个重要器件其相关技术也得到了广泛而深入的研究和长，足的发展。本文就无线通信系统中的带通滤波器的设计方法和新结构新工艺进行了分析和研究。论文主要包括以下内容: 首先，基于模板变换的思想，借助新型EDA软件的辅助功能提出了一种祸合型带状线带通滤波器的设计方法。根据文中提出的经验公式，在充分利用现有实际电路制备的模板库中选择合适的模板，再进行适当的变换来实现最终设计。 其次，在介绍了阶跃阻抗谐振器(SIR)结构相关原理之后，用SIR的原理讨论了一种锥形线带通滤波器的设计方

2、法，并提出了一种在锥形线上增加spurline来提供2个零点的新结构。在基本不增加尺寸的情况下实现谐波抑制的功能，同时讨论了spurline放置位置的影响。加载spurline后杂散响应明显得到了抑制，满足设计要求，证实了设计方法的正确性。最后，先对LTCC技术进行了基本介绍，然后基于多层结构设计了一个利用在输入输出端增加一个祸合电容以在高低阻带各提供一个衰减零点的2阶带通滤波器。相比它的参考原型，体积基本不变，却提高了阻带性能。之后又提出了一种能提供指定频率零点的2阶BPF结构，能得到近似椭圆函数的响应，并给出了一种借助多种EDA软件来提高设计速度的设计方法。通过采用SIR技术和LTCC工艺

3、使电路尺寸较微带平面电路得到了很大减小。最后给出了一个用于无线局域网的BPF设计实例，并结合LTCC实际生产需要提出了一种利用SIR谐振器带来的高阻带零点位置来判断基板介电常数细微变化的分析方法。关键词:带通滤波器，模板变换法，SIR, spurline，锥形线，衰减零点，LTCCABSTRACT As an essential component in modern wireless communication systems，RFbandpass filter has attracted more and more attention and got many achievementsto

4、o .In this thesis，some research of the design methods and new structures andtechniques of bandpass filter in wireless communication systems are proposed .Thedissertation is classified into three parts stated as follows. Firstly ,based on the theory of SCALING :method ,and with the aid of modern EDAs

5、oftware,we get a new design method of coupled-microstrip bandpass filter.With thecollection of a series of templates,designer can choose the most suitable model fromthe templates by the algorithm brought forward in this thesis.Then,the ultimate designcan be achieved with some simple transformations.

6、 Secondly, after introducing the main theory of SIR(stepped impedance resonator),adesignmethod of taper-bandpass filter has been discussed .To get two attenuationpoles in the stopband ,a new structure with spurline in the taper is proposed.Thesimulation result shows that this structure enhances the

7、filters performance asexpected. Lastly, the theory and development of LTCC(low temperature co-firedceram)technology ispresented.Then a compact second-order LTCC bandpass filterwith two finite transmission zeros is proposed.In the end ,a second-order bandpassfilter designed from a modified-Chebyshev

8、model is demonstrated,The secondharmonic frequency can be suppressed with SIR technology being used.Keywords: bandpass filter ,scaling method ,SIR ,spurline ,taped ,attenuationpole ,LTCC毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究

9、成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下

10、独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签

11、名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不

12、及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际

13、问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规

14、范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘要- 1 -ABSTRACT- 2 -第一章绪论- 4 -1.1通信领域滤波器的发展历史- 4 -1.2无

15、线通信中的滤波器及分类- 5 -1. 3本文研究内容和结构- 6 -第二章 微带BPF设计中的模板法- 8 -2.0引言- 8 -2. 1现有几种半波长微带BPF的设计方法- 8 -2.1.1平行藕合型设计原理- 9 -2. 1. 2发夹型设计原理- 10 -2. 1. 3 SIR型设计原理- 11 -2. 2模板法的原理- 11 -23快速设计公式- 13 - 2. 4设计实例- 15 -25结束语- 16 -第三章SIR滤波器的研究- 17 -3.0引言- 17 -3. 1 SIR的理论概述- 17 -3.1.1 SIR的基本结构- 17 -3. 1.2 SIR的谐振条件和谐振器的电学长度

16、- 18 -3.1.3 SIR的杂散谐振频率- 21 -3. 1.4一种SIR等效电路的推导- 22 -3.1.5半波长SIR的特性分析- 24 -3.2一种抑制寄生通带的锥形线BPF- 25 -3.2. 1锥形线谐振器的SIR分析方法- 25 -3.2.2锥形线BPF的设计方法- 27 -3.2.3 spur line的带阻特性- 30 -3.3谐波抑制的锥形线BPF设计实例- 31 -3. 3. 1设计实例- 32 -第四章 多层陶瓷带通滤波器- 34 -4.0引言- 34 -4. 1 LTCC技术- 35 -4.2一种带2个衰减零点的二阶LTCC BPF- 37 -4.2. 1设计原理-

17、 38 -4.2.2设计实例- 39 -4.3一种改进阻带特性的LTCC BPF- 42 -4.3. 1理论分析- 42 -4.3.2设计实例- 49 -第五章结束语- 52 -参考文献- 53 -致谢- 55 -第一章绪论1.1通信领域滤波器的发展历史 从电信发展的早期，滤波器在电路中就扮演着重要的角色，并随着通信技术的发展而取得不断进展。1910年，一种新颖的多路通信系统即载波电话系统的出现，使得电信领域引发了一场彻底的技术革命，迎来了电信行业的新纪元。新的通信系统要求发展一种能在特定的频带内提取和检出信号的新技术，而这种新技术的发展进一步加速了滤波器技术的研究和发展。 1915年，德国科

18、学家K. W. Wagner开创了一种现已闻名于世的瓦格纳滤波器设计方法。与此同时，在美国G A. Can bell发明了另一种影像参数的设计方法。随着这些技术的突破，许多科技人员开始积极地和系统地对采用集总元件电感和电容的滤波器设计理论进行研究。随后，1940年出现了包括两个特定设计步骤的精确的滤波器设计方法.第一步是确定符合特性要求的传递函数，第二步是由先前的传递函数所估计的频率响应来综合电路。该方法的效果是相当不错的，现在所采用的很多滤波器设计技术就是基于这一早期的设计方法。 不久，滤波器设计由原先的集总元件LC谐振器扩展到一个新的领域，即分布元件同轴谐振器和波导谐振器。同时，滤波器材料

19、领域也取得了很大的发展，极大地推动了滤波器的发展。1939年，P. D. Rich tmeyer报道了介质谐振器。它利用了介质块的电磁谐振，有小尺寸和高Q值两个显著的特点，然而由于当时的材料温度稳定性不高使该种滤波器不能在实际中得到广泛的应用。70年代，各种具有优异的温度稳定性和高Q值的陶瓷材料的发展增加了介质滤波器的实际应用的可行性。随着陶瓷材料的发展，该滤波器的应用得到了迅速的发展。在现有的射频和微波通信器材中介质滤波器己成为最重要、最常见的元件之一此外，80年代，出现的高温超导材料，被认为很有可能被用于设计极低损耗和极小尺寸的新颖微波滤波器，许多研发人员己致力于它们的研究和实际应用。 在

20、滤波器发展的早期，滤波器的设计主要集中在以电感电容组合为主的无源电路上，这是一种线性谐振腔系统。然而许多早期的研究人员认为基于分布元件电路物理原理的谐振器系统也能达到滤波性能。1933年，W P Mason展示了一种石英晶体滤波器，这种滤波器由于其优异的温度稳定性和低损耗特性而在不久以后成为通信器材中不可缺少的重要元件。和晶体谐振器一样，陶瓷谐振滤波器系统采用体声波。虽然陶瓷滤波器的某些性能不及晶体滤波器，但由于其成本低而得到了广泛的应用。采用某些单晶材料的声表面滤波器也被用作滤波元件。声表面滤波器比体波滤波器可在更高的频率范围里得到实际应用。 虽然上面提到得滤波器都是采用了线性谐振系统，但人

21、们也意识到可以用其它的方法获得滤波器响应。这想法产生的主要原因是滤波器作为一种功能器件，是通过给出得传递函数来实现性能。采用有源电路的滤波器就是一个典型的例子。在真空电子管时代，没有LC电抗电路的有源滤波器得到了广泛的应用。这样的有源滤波器包括采用回转器获得LC等效电路的一般技术和通过采用反馈电路的运算放大器以实现需要的传递函数响应的技术。除了在前面提到的技术之外，还有更直接地实现滤波器传递函数的数字技术。最近，几乎所有的数字通信系统都采用数字滤波器作为基带滤波器。另外:，硬件水平的提高和高速运算算法的改进不断地扩展着应用频率的上限。如上所述，滤波器机器设计方法的发展己有相当长的历史，滤波器已

22、经成为电信领域、同时也是其他许多电子设备中不可或缺的器件。1.2无线通信中的滤波器及分类微波滤波器作为滤波器的一种，在移动通信中有着广泛的应用。在射频有源电路中输入输出各级之间普遍存在，各滤波器都有不同的功能和特性要求。接受端带通滤波器的必要功能是避免由于发射端输出信号泄漏而使接收器前端饱和;除去如镜频一类的干扰信号;减少来自天线端的本机振荡器的功率泄漏。所以接收端带通滤波器的最佳性能包括高衰减以除去干扰，同时减少将直接影响接收端灵敏度的带通插损。发射端带通滤波器的基本功能是从发射端减少杂散辐射功率以避免对其他无线通信系统的干扰，这些无用的信号的主要成分是发射信号频率的二、三次谐波和本级振荡。

23、另一个重要的功能是衰减掉发射信号中接受频段内的噪声，抑制它到接收机的灵敏度之下。因此，发射端带通滤波器必须保持一个宽的阻带以抑制杂散信号，同时能维持低的通带插损和在输出端处理大电平信。随着单片微波集成电路(MMIC)的出现预示着射频有源电路如放大器、调制器、频率转换器的微型化越来越成为可能。但对射频滤波器和谐振器等含有谐振器的电路尺寸缩小的优化方面还存在许多有待解决的问题。因此，滤波器尺寸缩小和性能的提高将继续是两大重要课题。并且很有可能将要在电路理论、材料、精巧工艺技术、精确的设计方法等方面开创一个新的前沿。 分配给无线通信的主要频带范围非常宽，从几十兆赫兹到几十吉赫兹，因此有相当多种类的滤

24、波器能在这些频带中使用。图1.1给出了几种典型例子可使用的频率范围。图1.1中没有包括有源RC滤波器、开关电容滤波器(SCF)和数字滤波器等在内的有源电路滤波器，因为这些微波滤波器到现在还没有实用可行性，尚处于研发阶段。另外，图1. 1也没有列入主要用于测量设备而在无线通信设备中极少使用的静磁式滤波器。 图1.1典型的滤波器应用频率范围 现在，在射频和微波电路中最常用的式带状线谐振器、滤波器。由于带状线滤波器具有小的尺寸、通过光刻技术易于加工、与其他有源电路元件易于兼容等优点，许多电路使用此类滤波器。它的另一类优势是能通过采用不同的衬底材料而在很大的频率范围内得以应用。带状线的最大问题是:和其

25、他类型滤波器相比它的插损明显大，使它很难应用于窄带滤波器中。即使是这样，带状线滤波器仍被给予厚望。为了优化滤波器的性能和减少体积，阶跃阻抗谐振器(SIR)技术和基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的多层滤波器设计技术近来得到了备受关注。 SIR作为一个比较早就出现的概念由于种种原因到最近才得到了重视，在后面章节将会详细介绍相关的设计方法和特征。LTCC技术即低温共烧多层陶瓷基板制造技术。它首先将玻璃一陶瓷生瓷带冲成一定尺寸，然后冲通孔、印刷电路、叠加最后挠成，从而形成单块陶瓷多层电路基板。LTCC技术具有以下特点: 1.高层数(50层); 2.高密度; 3.高导电率导体 4.热不敏感性; 5.气密

26、性; 6.可制作空路 7.非常规形状集成封装; 8.优异的高频特性。 LTCC技术为微带滤波器的设计提供了多层的结构和多维设计空间。这一技术在滤波器小型化方面还大有潜力，因此也成为目前三维集成电路研究的热点课题。目前，微波滤波器的小型化已经成为一个热门的研究领域，在小型化的基础上提高性能是滤波器研究的主要内容。每年在各相关的微波杂志上可以看到许多有关如何减少滤波器体积和优化其性能的文章。可以说在滤波器小型化和性能优化这一领域还有很多问题有待进一步的探索和解决。1. 3本文研究内容和结构 带通滤波器(BPF)是滤波器中使用最多、最重要也是最难设计的一种滤波器。作为一种体积小、重量轻和可靠性高的微

27、波集成电路(MIC)电路单元，微带带通滤波器在电子系统尤其是通信领域被广泛使用。随着微波技术的发展，微带滤波器的种类日益增多。它们性能各异，设计方法也有所不同，本文的主要研究内容就是几种类型的微波带通滤波器的设计方法，并结合实际需要提出了几种新颖的结构。 本论文的主要研究内容在于: 1首先，基于模板变换的思想，借助新型EDA软件的辅助功能提出了一种设计藕合型带状线带通滤波器的设计方法。根据文中提出的经验公式，在充分利用现有实际电路制备的模板库中选择合适的模板，再进行适当的变换来实现最终设计。由理论分析和实验结果来看，该方法较传统设计方法不仅更加快捷，而且提高了设计初始值的精确度。2应用SIR的

28、原理讨论了一种锥形线带通滤波器的设计方法，并提出了一种在锥形线上增加spur line的设计来提供2个零点，在基本不增加尺寸的情况下实现谐波抑制的功能，同时讨论了:spur line放置位置的影响。加载spur line后杂散响应明显得到了抑制，满足设计要求，证实了设计方法的正确性。3提出了一种能提供指定频率零点的2阶BPF结构，能得到近似椭圆函数的响应，并给出了一种借助多种EDA软件来提高设计速度的设计方法。通过采用SIR技术和LTCC工艺使电路尺寸较微带平面电路得到了很大减小。最后给出了一个用于无线局域网的BPF设计实例，并结合LTCC实际生产需要提出了一种利用SIR谐振器带来的高阻带零点

29、位置来判断基板介电常数细微变化的分析方法。本文共五章，结构如下:第一章 绪论。概述微波滤波器的发展和设计研究方法，介绍本论文的研究内容。第二章 微带BPF设计中的模板法。模板变换的思想在祸合微带BPF设计中的应用。借助先进EDA软件，实现一种快速设计方法。第三章SIR滤波器的研究。首先讨论了SIR谐振结构的基本原理，随后应用SIR的原理讨论了一种锥形线带通滤波器的设计方法。第四章 多层陶瓷带通滤波器。首先简要介绍了LTCC技术的工艺和现状，然后给出了一种具有谐波抑制功能的一二阶BPF结构。之后提出了一种能提供指定频率零点的2阶BPF结构。第五章 结束语。给出本论文有关结论以及对当前技术展望。第

30、二章 微带BPF设计中的模板法2.0引言 半波长平行藕合微带线BPF结构紧凑，是微波集成电路中广为应用的BPF形式。传统的设计方法，是基于对各祸合线节采用对称藕合的形式，并将每一藕合线节等效为一个导纳倒置器和在两端连接有电长度为g，特性导纳为Y的传输线段的组合.然后根据BPF技术指标，通过频率变换与低通原型滤波器联系起来，由低通原型滤波器元件值求得各祸合线节的奇、偶模特性阻抗，从而设计出各祸合线节的尺寸，再考虑开路端电容效应、拐角和尺寸跳变等各种不均匀性得到最终电路尺寸。而往往得到实际电路还要考虑更多的无法在设计过程中量化的因素而必须进行整体调试。它的变形:发夹型和SIR型BPF的设计方法也大

31、体类同。参考以上种种设计方法和实际电路调试的经验，借助先进的EDA仿真软件，作者发现模板法的使用为微带祸合型BPF设计提供了一种非常便捷实用的途径。 本章在模板法的思路上提出一个半波长平行祸合微带线BPF及其几种变形的快速设计公式。在充分利用现有实际电路制备的模板库的基础上，根据设计指标和介质板的参数可以方便的由相应模板变换得到设计方案，并将实际调测的工作量大幅减小。作为基础，先介绍了当前半波长平行藕合微带线BPF及其几种变形的设计方法，其次阐述了模板法的理论并通过仿真实验数据提出了一个快速设计公式，最后根据提出的设计方法给出了一个设计实例。2. 1现有几种半波长微带BPF的设计方法 2.1.

32、1平行藕合型设计原理 图2-1.a为平行祸合线微带BPF的电路结构示意图。它有n个谐振器(对应于滤波器的阶数n)，每个谐振器长为半波长(对应中心频率)，由n+ l个平行藕合线节组成，长为四分之一波长(对应中心频率)。图2-2为一节平行藕合线及他的等效电路，其中。图2.2平行祸合线节及其等效电路设计可分为以下几个步骤进行:第一步:由给定的通带和阻带衰减特性，用带通到低通的频率变换式(1)，选出合适的归一化低通原型，计算出滤波器的阶数，得到归一化低通原型的元件值(这一部分的计算可以查表得之); （2-1）第二步:用网络等效方法，计算各级奇、偶模阻抗: 设滤波器的节数为n，归一化低通原型的元件值为g

33、o,g1,g2*.gn+1，则有以下设计公式: （2-2）这样，我们可以得第J个藕合线节的奇模阻抗(Z0o) j和偶模阻抗(Z0e)j分别为: （2-3） （2-4） 第三步:由各级奇、偶模阻抗，综合出微带线结构尺寸:理论公式和表格可以参阅文献1，这里就不再介绍。2. 1. 2发夹型设计原理 图2-1. b为发夹型微带BPF的电路结构示意图，它以图2-3(a)所示开路式对称祸合微带单元级联而成，该祸合单元可以等效成一个导纳倒置转换器和接在两边的两段电长度为、特性导纳为的传输线的组合，如图2-3(b)所示。(a)微带藕合单元 (b)采用J倒置器的等效电路图2-3微带藕合单元及其等效电路等效电路的

34、A矩阵为: (2-5)通过等效上述等效电路和原电路的A矩阵可以得到2oe、Zo0如下: (2-6)由式(2一6)可以看出，只要指定被设计的滤波器的倒置器参数J，就可以确定任意藕合长度的滤波器藕合单元的电学参数。藕合谐振器BPF的导纳倒置器的导纳J为: (2-7)式中:YA、YB分别为源导纳和负载导纳; 为低通原型滤波器元件值; 为滤波器相对带宽; 为电纳斜率参数(slope parameter)，定义为: 。 (2-8)对于发夹型祸合滤波器，因为 所以，。 （2-9）式(2一9)代入式(2一7)，并取YA=YB=YO，有: （2-10）结合式(2一10)和(2一6)，就可以确定指定祸合线长氏的

35、发夹型滤波器藕合单元的电参数Z0e、Z00。然后类同平行线祸合设计的最后一步，由各级奇、偶模阻抗，综合出微带线结构尺寸。2. 1. 3 SIR型设计原理图2-l.c为SIR型微带BPF的电路结构示意图，有微型化要求的时候选K l，而且，所有单元SIR的K值可以相同，也可以取不同值的组合，而这对于扩大BPF的阻带是非常有效的。详细的设计原理参阅第三章以及文献6 和8，下面给出基本的设计步骤:第一步:根据给出的指标(中心频率、带宽一、衰减等)。根据某种低通原型确定BPF的基本参数如级数、相对带宽和元件值。第二步:确定SIR的结构。第三步:计算反相器参数Jn,n+1。(参考式2-10)第四步:藕合器

36、参数和结构的确定随着导纳反相器参数的确定，结合祸合线长度c，SIR结构参数K，和介质板参数得到传输线的物理尺寸。2. 2模板法的原理 综观上述几种半波长BPF传统的设计方法，都是基于对各祸合线节采用对称祸合的形式，并将每一藕合线节等效为一个导纳倒置器和在两端连接有电长度为g，特性导纳为Y的传输线段的组合.然后根据BPF技术指标，通过频率变换与低通原型滤波器联系起来，由低通原型滤波器元件值求得各藕合线节的奇、偶模特性阻抗，从而设计出各藕合线节的尺寸。现假设有BPF 1和BPF2，中心频率分别为石和无，相对带宽分别为w1和w2 Y衰减指标分别为田，和。2，它们经过频率变换后选择了同样的低通原型指标

37、。在不考虑开路端电容效应、拐角和尺寸跳变等各种不均匀性的前提下，当wl=w2时，则可以确定完全一样的祸合单元的电参数Zoe Zoo M合线长砚，进而由此3项电参数得到祸合线的物理尺寸。单线部分也类同。当w1 # w2的时候，如果已知BPF1的藕合单元的Zoe 、 ZO。和c，通过式(2-2) (2-3) (2-4)可以很方便的求得BPF2的的祸合单元的Zoe、 Zoo和c . 再来看看几种主要不均匀性对上述两个BPF的影响:开路端电容效应:采用同样的介质板，在波长比线宽大的多的情况下对两个BPF而言基本都可以换算成同样的电长度。当介质板不同时可以参考文献1p91的图表。尺寸跳变效应，和拐角效应

38、:理论分析比较繁琐，可以参阅文献1，后面会有实验数据来进行验证。 经过上面的分析，可以得到模板法在微带藕合BPF设计中的可行性。也就是充分利用现有的上述几种BPF实际电路，制备一个模板库。然后当设计一个新的电路时，让其充当上述的BPF2，根据具体情况选择合适的模板，让其充当BPF 1，然后进行一定的变换，得到最终的电路设计。设计流程如下:图2-4模板法设计流程图说明:1从图2-4.b到2-4.。的变换参考式(2-2 )和(2-3) C 2-4 ) o 2图2-4.b和2-4.d都可以通过EDA软件的藕合线计算工具实现。本文中引用的数据都来自ADS2002的linecal工具，计算界面参考图2-

39、5，下面不另说明。23快速设计公式在模板库资源有限的时候，如何尽快能选择到一个合适的模板就显得尤为重要了。本文通过一系列仿真数据和理论分析得到一个近似公式，通过提出一个变量：差异系数来度量模板和待设计指标之间的综合差异。是由等效带宽差异、中心频率差异和基板介电常数差异决定的。 下面给出部分试验数据。如图2-6是基于一个f0=14.8GHz, wo =0.1, =3.4, h=0.5 mm的三阶BPF模板数据(实线)，按图2-4中流程仅仅变换w得到的一组数据(分别为0.05,0.15, 0.2)。如图2-7是基于上面同一个模板，按图2-4中流程仅仅变换儿得到的一组数据(f0分别为12, 9, 7

40、GHz)。如图2-8是基于上面同一个模板，按图2-4中流程仅仅变换:得到的一组数据(分别为4, 6, 9)。由上面的仿真结果比较所关注指标的理论差异值和实际仿真出来的差异值得到可以下面的近似公式: (2-11)其中： 注：下标有：“0”的是模板的相应指标。没有的是待设计的相应指标越大表明所选的模板越不合适。上面提出的差异系数只是一个经验模型，由于试验数据的数限只能在有限效度内对模板库进行筛选。 从作者多次仿真实验结果来看，以下凡点现象需要注意:1进行到步骤e的时候改善尺寸跳变的和拐角的不均匀性对仿真结果影响很大。2当模板原型和设计结果的杂散藕合越少，也就是说除了藕合单元之外的互祸越少，设计会越

41、准确。结合以上的仿真结果和现象分析我们可以发现一个越详细的模板库会使设计过程变得更简单更准确。尤其是当在相似的电路环境下设计多个BPF时，以一个先调测好的为模板来进行其他几个的设计一，毫无疑问将大大减少工作量。 2. 4设计实例 例1设计一发夹型藕合微带线BPF，中心频率 =2.5GHzo 3dB通带=2.45GHz, =2.55GHz。30dB阻带=2.4GHz =2.6GHz。输入、输出端微带线特性阻抗zo =50 。欲使用的介质板指标为:Er=3.0 h=0.5mm,T=0.018mmTanD=0.001。(1).利用式2-1得到归一化频率为 =2.05，查最大平坦低通原型表可知需用5阶

42、原型，然后在利用式2-11从模板库中检索最小的一个模板。最后选中模板指标如下:中心频率fo =1.OGHz。3d B带宽为0.2GHzo 30dB阻带为0.8一1.2Ghz。输入、输出端微带线特性阻抗zo =50 。介质板指标为:Er=9, h=0.5mm,T=0.018mmTanD=0.001。其S参数见图2-9a。(2)使用linecal获得模板BPF各个祸合单元和单线的参数 或者Z。和藕合线长。 (3)通过式2-6 , 2-7计算得到BW变化后的z 0e , zoo，和新的fo,Er、代入linecal获得设计的物理尺寸。(4)在ADS2002中进行layout仿真。结合仿真结果对拐角进

43、行微调。最后的仿真结果见图2-9b(5)根据layout尺寸制作实际电路，网路分析仪实测S参数见图2-9c。从仿真结果和实测结果比较可知两者吻合的很好，验证了本方法的正确性。25结束语本文阐述了如何借助先进EDA软件在祸合微带BPF的设计中实现模板法，并提出了一个快速筛选模板的经验公式。由于利用了丰富的实际电路设计资源，和愈发方便准确的EDA软件，相对于传统的设计方法本方法无疑节省了不少的设计工作量。通过文中的设计实例可以看出实测数据和仿真结果比较吻合，从而验证了本文方法的正确性。在模板库建立初期，这种方法也许只能在不多的情况下体现其快捷性和准确性，但是随着模板库的丰富，和合适的EDA软件，模板变换法