1、参数要求：中心频率：4GHz，带宽：300MHz，衰减：500MHz（离中心频率 250MHz）的时候衰减 40dB，纹波：3dB，优化：带宽增加 10%15%，用微带线以及耦合微带线两种方法实现。实验步骤： 1.将滤波器带通指标还原为低通原型，确定滤波器阶数设 和 分别表示通带边界，则带通响应下的频率与低通原型归一化频率12之间的转化关系如下： 00120 1式中，：通带的相对宽度012：通带中心频率：带通情况下的频率：低通原型下对应的频率因为对带外抑制的要求为 500MHz衰减 40dB，所以将先将带外 500MHz频率转化为低通原型对应频率。带外 500MHz对应的两频率点分别为 =4.
2、25GHz、3=3.75GHz，由频率转换公式可得低通原型下对应的归一化频率分别4=1.623=1.724纹波系数要求为 3dB，查表的在此情况下采用 5阶切比雪夫滤波器可以满足设计要求，若要增大带外衰减，应提高滤波器阶数，故增大到 7阶，即 N=7。2.确定低通滤波器原型和各个元件参数低通滤波器原型电路如下：R G = g 0 = 1g 1g 2g 3g 4g 5g 6g 7 g 8图中各元件参数为：=3.5182， =0.7723， =4.6386， =0.8039， =4.6386， =0.7723， =1g2g3g4g5g6g7g3.5182， =1.000083.将低通滤波器原型变换
3、为带通滤波器带通滤波器元件是由频率变换中的串联电抗和并联电纳确定的。所以， 00 1kkkkkk CjLjjLjjX 该式表明串联电感 转换为串联 LC电路，其元件值为kL0kLkkC0同样， 00 1kkkkkk LjCjjjjB 该式表明并联电容 转换为并联 LC电路，其元件值为：kCkkCL00k所以低通滤波器在串联臂上的元件变换成串联谐振电路（谐振时低阻抗） ，而在并联臂上的元件变换成并联谐振电路（谐振时高阻抗） 。从低通原型到带通滤波器单元转换，归纳在下表中。下表的结果中不包括阻抗定标。低 通带 通LCL / ( 0 ) / ( 0 L )C / ( 0 ) / ( 0 C )注：
4、012所以由低通原型电路变换得到的带通滤波器的电路如下图所示：R GR LL 1 C 1L 2L 3L 4L 5L 6L 7C 2C 3C 4C 5C 6C 7在原型设计中，源和负载电阻是 1（出了等波纹滤波器 N为偶数有不是 1的负载阻抗外） 。源阻抗 R0可以通过原型设计的阻抗值与 R0相乘得到。下面令带撇号的符号表示阻抗定标后的值，则可给出新的滤波器元件值为 LR00CsLR0式中 L，C 和 RL是原始原型元件的值。经过阻抗定标和频率变换的元件值为：L1=0.043nH，C 1=37.4pFL2=20.5nH，C 2=0.077pFL3=0.032nH，C 3=49.3pFL4=21.
5、4nH，C 4=0.074pFL5=0.032nH，C 5=49.3pFL6=20.5nH，C 6=0.077pFL7=0.043nH，C 7=37.4pF4.使用微带线实现带通滤波器之前已利用频率变换将低通原型滤波器转换成带通滤波器，但要在微带电路上实现这种滤波器，却不像低通滤波器那样方便。对于低通滤波器来说，由于特性阻抗不同的微带传输线连接后，具有近似于串联或并联 LC集总参数的特性，因而电路结构比较容易解决。而对于带通滤波器而言，其结构元件已不是简单的电感或电容，而是 LC串联或并联谐振电路，多个谐振电路（3 个或 3个以上）要连接与一个点，在微带线传输线上很难实现；另一方面，经变换后
6、LC元件的值差别很大，特别是串联电路与并联电路的电感值可能相差两个数量级以上，这在电路结构上也比较难以做到。为了解决这一困难，可将串并联谐振电路转换成全部串联或全部并联的谐振元件，在微带电路结构上就可以得到实现了。采用 倒置变换器实现倒置变换，等效电路入下图所示：4C L Z CZ C / 4 / 4C LZCZ C其中 CZLc22c所以，将之前得到的既有串联谐振电路又有并联谐振电路组成的带通滤波器，经倒置变换后成为一个全部由并联元件构成的电路，如下图所示。R GR L / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4选取特性阻抗为 50 的 传输线，则经过倒置变换后的电容与电感值如下：4L1
7、=0.043nH，C 1=37.4pFL2=0.1925nH，C 2=8.2pFL3=0.032nH，C 3=49.3pFL4=0.185nH，C 4=8.56pFL5=0.032nH，C 5=49.3pFL2=0.1925nH，C 2=8.2pFL7=0.043nH，C 7=37.4pF因为微带线短截线可以等效为谐振器，而且终端短路的 短截线和终端4开路的 短截线等效为并联谐振，所以将 短路短截线或者 开路短截线242与倒置变换器联合，就可以构成带通滤波器 。因为使用 并联开路短截线不要求对地连接以构成短路，所以在实际微带电路中使用较多。下图为并联开路短截线带通滤波器。2 / 4 / 4 /
8、 4 / 4 / 4 / 4 / 2注：短截线的特性阻抗又 LC谐振器参数确定 将之前得到的电路中的并联电感和电容都用 短截线取代，得到微带滤2波器如下如所示。5 0 L 1C 1L 2L 3L 4 L 5 L 6 L 7C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 75.Designer仿真（1）微带线使用 Insert Filter Designer item控件，进行滤波器设计，对话框如下图所示，分别选择带通、理想分布参数以及自定义元件参数等几个选项。设定滤波器阶数以及纹波系数，分别为 7和 3，对话框如下图所示。将滤波器结构设定为前文确定的 7阶结构，并对每个元件赋值，如下图所示。设定中
9、心频率、带宽，求解插入损耗以及回波损耗，如下如所示。对设定的参数进行求解，得到的电路图如下图所示，元件参数也在图中列出。S21参数结果如下所示，此时 S21参数与频率响应曲线等价，通过读数发现在3.75GHz处，衰减为 62.88dB，在 4.25GHz处，衰减为 58.99dB，满足题目 40dB的要求。（2）耦合微带线使用 Insert Filter Designer item控件，进行滤波器设计，对话框如下图所示，分别选择带通、边缘耦合、切比雪夫以及微带结构等几个选项。同样使用 7阶滤波器结构，纹波系数为 3dB，设定中心频率、带宽，求解插入损耗以及回波损耗，如下如所示。设定耦合微带线的各项系数，如下图所示。对设定的参数进行求解，得到的电路图如下图所示，元件参数也在图中列出。在 3.75GHz处，衰减为 63.47dB，在 4.25GHz处，衰减为 59.0dB满足题目 40dB的要求。
