微带滤波器与耦合器电路的设计、制作与测量

Schiffman方法，Uysal [4] 在他的文章中详细论述了这种方法。这一技术使用锯齿或之字结构来减少给定电路的机械长度。

一个由CAP Wireless职员Paul Daughen-baugh使用ADS设计的1到8GHz阶梯线耦合器被作为设计底稿。设计的最终结果被导出到CircuitCAM软件，经过简单处理之后，输出成雕刻机能够识别的设计图样，见图10。这张图清晰展示了这一技术。

图10 基本的设计图样（上）和机器可识别图样（下），从图中可以清晰看到Schiffman锯齿的应用。

我们采用了一种经验的方法来从直条的耦合器得到锯齿状的耦合器，具体规则如下：

闭合空间耦合器部分——要求之字线的总长与这部分的直线长度相等。这就使得这个部分的尺寸缩小了将近一半。直线之间的间距保持不变。
开放空间耦合器部分——这个第三部分的线间距由锯齿的中心高度为准计算的。在这个开放空间，我们假设场将根据这个平均空间来耦合，而不是沿着第一部分的边缘线。同时，在这一部分长度的将小将相对较少。作为简化，我们采用了与最初直线部分相同的长度。
中心部分——中心部分线间距和长度较小是根据第一和第三部分的几何平均值计算而得的。

这个"最佳猜想"方法是必要的，因为不可能使用现有的软件对这个结构进行分析。甚至对Sonnet Lite而言，都已经过于复杂。

耦合器性能

耦合器利用LPKF雕刻机制作完成后，我们在1到8GHz间对耦合度进行了评估。在图11中，耦合端口传输是那条相对平滑的线。图中的中心水平线为－18dB，每格表示2dB。在整个测量频率范围内，耦合值为–19 dB ±1.5 dB。在同一副图中，输入回损为每格5dB，从上往下数，第二条线表示0dB基准线。最坏情况的回损在最低频率处，为16dB。

图11 耦合端口传输特性以及输入端口回损。

图12表示逆向耦合的情况，包括了输出端口回损。两个图的分辨率都是每格5dB。对于逆向耦合，中心线依然是－18dB基准线，耦合值在整个波段中好于－28dB，除了高频端处处好于31dB。输出端口回损的比例与图11中的相同，同时也在1GHz时有最差的16dB响应。

除了超高频区域，方向性（前向耦合减去逆向耦合）总体保持在10dB。设计目标是大于10dB，实际设定目标为12dB，以便保留足够的富余。对大多数的波段，目标都已经达成，我们认为，对初次尝试而言，这已经是非常不错的结果了。

图12 逆向耦合以及输出端口回损。

图13是插入损耗，它在1GHz时，为0.25dB;在6GHz时，有一个0.57dB的最坏结果。从1到8GHz范围内，插入损耗的变化不超过0.33dB。

图13 插入损耗（垂直方向比例为0.5dB/格）。

样品板铣制机的使用

快速制作样品电路板能够彻底改变某些设计的工程实现方法。以单向耦合器为例，我们一开始准备做多次反复的设计以获得需要的性能。带着几分运气（还有经验基础上的猜想），第一次尝试就获得了一个好的耦合器。

图14和15展示了铣制得到的电路板，在上面已经安装了连接器以供测量之用。图14展示的发夹式滤波器电路甚至显示出一小块经过焊接的电路，这是为了填补微带线路的一个缺口。这是由于设计图样上有一个很小的差错，在板子完成时，才被发现。

图14 3.7到4.2GHz发夹式滤波器样品电路板照片。

图15 采用了Schiffman或者之字线技术的1到8GHz宽波段耦合器。 

耦合器设计可能还需要修改以便改进低端回损或者让响应更平坦。这些细小的改动可能不会被使用传统电路板制作方法的公司考虑。随着环境规则的变化，特别在加州，额外的环境费用和复杂的工艺流程使得大多数的公司不再保留室内蚀刻实验室。

总结

我们希望通过这些实例能够清楚展示我们是如何使用诸多设计资源的。为了设计和制作这些滤波器和耦合器电路，几个工程师的经验再加上参考书，先进电路理论模拟，电磁分析还有制作和测量才能完成。过程中的每一步都会影响最终的设计的成败。