微带交叉耦合滤波器设计与性能分析

本文档讨论了微波腔体滤波器设计，特别是微带型交叉耦合滤波器。设计指标包括中心频率f0=1542MHz，带宽BW=34MHz，带内衰减Lr（BW）小于-20dB，以及在1600MHz处的衰减La小于-40dB。滤波器结构基于微带环路开口谐振器，并选用常见的FR4介质基板，假设基板损耗可以忽略。 滤波器类型和特性： 1. 巴特沃斯滤波器：提供最平坦的频率响应，适用于需要平坦通带的场合。 - 传输函数：未给出具体表达式 - 低通频率响应曲线：未给出具体图形 2. 切比雪夫滤波器：在通带内具有等波纹特性，牺牲一些平坦度以获得更陡峭的滚降率。 - 传输函数：未给出具体表达式 - 低通频率响应曲线：未给出具体图形 3. 椭圆滤波器：同时在通带和阻带内具有等波纹特性，适合对带内外性能都有较高要求的应用。 - 传输函数：未给出具体表达式 - 低通频率响应曲线：未给出具体图形 4. 高斯滤波器：具有最平坦的群时延，适用于信号保真度至关重要的应用。 - 传输函数：未给出具体表达式 - 低通频率响应曲线：未给出具体图形 5. 交叉耦合滤波器（广义切比雪夫滤波器）：具有带内等波纹和可控的带外传输零点，提供良好的带外抑制。 - 传输函数：未给出具体表达式 - 低通频率响应曲线：未给出具体图形 微带型交叉耦合滤波器设计步骤： 1. 设计指标：根据需求，确定滤波器的中心频率、带宽、带内和带外衰减。 2. 参数计算：利用耦合矩阵计算软件计算滤波器的耦合系数和有载品质因数（Qe），例如，交叉耦合系数K值，有载品质因数Qe=35.967。 3. MATLAB计算：使用MATLAB进行滤波器性能的模拟和验证，生成相关的计算曲线。 4. ADS电路模型：在Advanced Design System (ADS)中建立滤波器的电路模型，定义变量如耦合系数、频率等，进行电路仿真。 微带型交叉耦合滤波器的实现： - 结构：采用微带环路开口谐振器，这种结构允许紧凑的设计和较高的频率操作。 - 基板材料：选择FR4作为介质基板，因为它成本低且广泛使用，但基板损耗在这里被忽略。 总结： 微波滤波器在通信系统中起着至关重要的作用，通过设计不同类型的滤波器，可以满足特定的频率选择性和信号纯度需求。微带型交叉耦合滤波器因其优良的性能特性，如带内等波纹和良好的带外抑制，常用于微波通信系统中。设计过程涉及多个步骤，包括指标设定、参数计算、软件模拟和电路建模，确保滤波器能够满足预期的性能指标。