微带滤波器和耦合电路的设计、制作和测量

    1 引言

    当今的微波设 计师依赖许多工具来制作高效的电路和系统。他们要利用已有的参考资料和强大的EDA工具和电磁（EM）分析工具，还必须结合自己的实践经验来进行制作。这 些工作最终需要通过制作电路和测试完成的电路来实现。这篇文章描述了两个微带电路设计是如何使用各种不同工具开发，用电路板铣制设备快速制作，然后经过测 量来验证设计方法的正确性。

       样例中的设计是一个典型的带宽3.7到4.2GHz的发夹型滤波器和一个1到8GHz的定向耦合器，使用Schi ffman锯齿技术减小尺寸。发夹型滤波器用Agilent ADS1.3软件设计和仿真，用Sonnet Lite软件进行平面EM分析。耦合器运用了基于设计规则的变换，有一个现存的阶梯线形式的耦合器设计来启动。

       两个电路都是用LPKF光电股份有限公司的Protomat C100HF型设备制作出来的，使用HP(Agilent) 8753E网络分析仪获得测量结果。

       2  设计样例       3.7到4.2GHz的发夹型滤波器

       2.1  设计

       这个滤波器设计用于在3.7到4.2GHz的带宽上获得一个平坦的响应。插入损耗和回波损耗在此频段优于16dB。这个滤波器用在下变频器输入端进行镜频抑制。该设计选用一个典型的发夹型滤波器，它将能满足设计要求的性能和尺寸。

       滤波器由ADS1.3设计，图1是结果图样。当然，这是一个熟悉的发夹型结构。滤波器占用的面积约为500 x 1200 mils (0.5 x 1.2 in.)，包括用来保持恒定逻辑属性的发夹循环所需的足够面积。
 
 
       图2是在ADS中的设计和优化结构。这个拓扑形是中心对称的，所以设计成两段，由一个“背靠背”结构连接。由于数学方面上的结构尺寸减小，计算时间被大大缩减。
 
          图2，在ADS中的设计和优化结构。滤波器以两个镜像的图形块进行仿真，以实现对称结构

       建立优化来获得在通带3.55至4.4GHz的最小16dB的回波损耗，在3.2GHz以下和4.7GHz以上最小28dB的阻带衰减。优化的频率范围是3.0-5.0GHz。更宽范围不要求获得预想的结果。

               图3，对最终设计的ADS仿真定义。仿真性能和滤波器图样都出自于这里的数据

       图3显示了每一个“半滤波器”的ADS最终设计，包括端口、微带线、T形、弯曲和短凸形。注意短凸形的末端的0.1pF电容，说明具有末端效应（边缘电容）。图1的也有它们的显示。

图4，仿真结果。

            （a）全程响应；（b）通带响应和插入损耗；（c）回波损耗；（d）Smith阻抗图

       图4是模型化的性能显示。包括通带、阻带特性、回波损耗结果以及输入/输出阻抗的Smith图。这些图表说明ADS模型满足滤波器的设计标准。
                          
       2.2  EM分析

       图5是滤波器尺寸的详图。设计的数据使用Sonnet软件公司的Sonnet Lite平面电磁场软件进行电路分析。

图5，滤波器的详细尺寸。

       图6是EM分析结果。通带的响应比ADS预期的稍稍窄一些，但是如果制作出来的电路性能满足分析的话，仍将覆盖3.7到4.2GHz的带宽。通带的平坦性 非常接近ADS模型。回波损耗的响应在通带上比ADS仿真的对称性稍差一些。但仍能保持16dB或更好。

       2.3  制作一个测试滤波器

       为了比较发夹型滤波器设计模型和现实副本的性能，就要用电路板刻制机在一块典型的微波基板上制作一个测试滤波器。（使用LPKF光电股份有限公司的Protomat C100HF型设备，参见副文）

       用ADS的设计图样数据（图1）生成刻制机必要的驱动文件。图形的尺寸直接由ADS导