微型介质滤波器：高性能交叉耦合与微带腔体设计

本文档主要探讨了小型化采用介质滤波器——微波腔体滤波器的设计技术，针对高性能滤波器的需求，特别关注了五种常见的滤波器类型：巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、高斯滤波器以及交叉耦合滤波器。这些滤波器在通信系统中扮演关键角色，通过滤除杂波干扰，确保信号质量。 1. **巴特沃斯滤波器**：以其平坦的频率响应曲线著称，适合需要平滑过渡的低通滤波场景，但可能在某些频率范围内性能不如其他类型。 2. **切比雪夫滤波器**：带内等波纹特性使得它们在带宽内的频率响应较为均匀，带外则有可控制的传输零点，抑制度较高，适合对抑制性能有要求的应用。 3. **椭圆滤波器**：具备带内和带外等波纹特性，综合了平坦性和抑制性能，但设计更为复杂。 4. **高斯滤波器**：以最平坦的群时延特性而知名，适用于对时延性能敏感的应用。 5. **交叉耦合滤波器**：也称为广义切比雪夫滤波器，具有优良的带内性能和可调控的带外特性，特别强调了微带型设计的实例。设计指标包括中心频率f0 = 1542 MHz，带宽BW = 34 MHz（1525-1559 MHz），以及特定的插入损耗要求。 滤波器设计采用微带环路开口谐振器结构，使用FR4常用基板，忽略了基板损耗。设计过程中，通过实验室开发的专用软件计算了耦合矩阵，并给出了具体的耦合系数值，如K12=0.022565、K23=0.017581等。此外，滤波器的有载品质因数Qe被计算为35.967，这影响了滤波器的性能稳定性。 利用Matlab进行仿真分析，创建了MATLAB计算曲线，展示了滤波器的频率响应。同时，文档还介绍了使用Ansys ADS（高级设计系统）设计微带型交叉耦合滤波器的电路模型，包含了各个参数如截止频率F1/F2，耦合系数，参考阻抗，相移等细节。 本篇文章深入研究了如何通过优化设计来实现小型化介质滤波器，结合多种滤波器类型的特点，以满足现代通信系统对高性能滤波器的需求。通过具体的设计实例和计算方法，为滤波器工程师提供了实用的设计指导和技术支持。