X波段截止频率微带滤波器的设计

【摘要】本文介绍了一特定参数的微带低通滤波器的制作过程，对数据的生成，集总参数和分布参数的转换进行了详细介绍。仿真结果表明本文设计的电路结构和参数能基本满足设计指标。该设计方法对X波段低通滤波器的开发具有指导意义。

【关键词】微带滤波器;低通分布参数

Abstract：This paper introduces the specific parameters of microstrip low-pass filter of the production process.Data generation and the lumped parameter and distributed parameter is introduced in detail.The simulation results show that the circuit and parameters of this design can satisfy the design index.This design method has significance to development of low-pass filter.

Key words：MicrostripFilter;Low-Pass;Distribution Parameter

1.设计指标

本文设计针对最高工作频率为6GHz的微带滤波器，微带线基片厚度为1mm，相对介电常数为=2.65，预期最终达到以下指标：

（1）微带线特性电阻为50。

（2）最高工作频率为6GHz。

（3）带内衰减为0.1dB。

（4）在频率10GHz时衰减大于30dB。

（5）工作温度：-45℃～+65℃。

2.集总参数滤波电路设计

为了保证滤波器在6GHz处也能满足指标，特选取=6.5GHz，在=10GHz时，采用切比雪夫特性的滤波器，根据带外衰减陡度的要求确定滤波器的节数n，衰减波纹为1db，查表得到低通原型滤波器归一化元件参量值：

g1=2.1349 g2=1.0911 g3=3.0009 g4=1.0911 g5=2.1349 g6=1.0000

由归一化元件参数值换算成实际滤波器的集中参数元件参量值后，得到：

由此在ADS上进行集总参数低通滤波器的仿真，仿真结果表明，在10GHz该电路虽然能达到30dB的衰减，但是在6GHz通带内的带内波纹系数太大，无法满足预设的带内0.1dB的衰减。

因此也证明随着电路工作频率的升高，不再适合于使用集总参数元件构造滤波电路。一般情况下，当工作频率高于500MHz后，就不再适用于集总参数滤波电路。所以需要使用基于分布参数电路构建的滤波电路。

3.集总参数转换为分布参数方法

1）Richards变换：即利用一定长度的终端开路或者终端短路无耗传输线构造等效的电容或者电感，从而可以实现使用分布式参数电路替换集总参数滤波电路中的相应原件。

2）Kuroda规则：即是一种利用单位元件进行电路变换的规则（如图1所示）。

得到各个阻抗的大小值，乘以阻抗50得到真实阻抗值：Z1=Z5=2.468的实际值为123.4，Z2=Z4=0.412的实际值为20.6，Z3=0.3323的实际值为16.615，ZUE1=ZUE2=1.41的实际值为70.5，ZUE3=ZUE4=1.681的实际值为84.05。

图1 微带滤波器结构图

利用Richards变换将电感用短路线代替，电容用开路线代替。利用Kuroda将串联线变为并联线段，在滤波器的输入、输出端口引入两个单位元件，设计出的电路结构图如图1所示。

4.电路仿真设计

根据此设计结果，利用ADS软件调用微带部分的仿真结果进行联合仿真，得到分布参数电路原理图，进而得到版图，如图2所示，使用的板材是聚四氟乙烯玻璃纤维板F4B，相对介电常数εr为2.65，板厚1mm，覆铜厚度17um，结构。

图2 微带低通滤波电路

通过版图仿真特性图3，其S（2，1）可看出在6GHz里，通带衰减很小，一过6GHz后，衰减开始增大，当频率到达10GHz后达到了30db的衰减，基本满足微带线低通滤波器的设计要求。

图3 版图仿真特性图

5.总结

本文对于低通滤波器的制作，突出了分布参数低通滤波电路在中高端频率的优点。介绍了集总参数到分布参数的转换方法，其研究方法可以推广到类似滤波器的开发。

参考文献

[1]刘若冰，孙厚军，等.X波段微带高低阻抗线低通滤波器设计[J].微波学报，2012（8）：281-284.

[2]张宛路.微波滤波器的综合与设计[D].西安：西安电子科技大学，2011.

[3]赵辉.无源滤波器与耦合滤波器设计[D].西安：西安电子科技大学，2009.