微波濾波器是用來分離不同頻率微波信號的一種器件。它的主要作用是抑制不需要的信號， 使其不能通過濾波器， 只讓需要的信號通過。在微波電路系統(tǒng)中，濾波器的性能對電路的性能指標有很大的影響，因此如何設計出一個具有高性能的濾波器，對設計微波電路系統(tǒng)具有很重要的意義。微帶電路具有體積小，重量輕、頻帶寬等諸多優(yōu)點，近年來在微波電路系統(tǒng)應用廣泛，其中用微帶做濾波器是其主要應用之一，因此本節(jié)將重點研究如何設計并優(yōu)化微帶濾波器。

1 微帶濾波器的原理

微帶濾波器當中最基本的濾波器是微帶低通濾波器，而其它類型的濾波器可以通過低通濾波器的原型轉(zhuǎn)化過來。最大平坦濾波器和切比雪夫濾波器是兩種常用的低通濾波器的原型。微帶濾波器中最簡單的濾波器就是用開路并聯(lián)短截線或是短路串聯(lián)短截線來代替集總元器件的電容或是電感來實現(xiàn)濾波的功能。這類濾波器的帶寬較窄，雖然不能滿足所有的應用場合，但是由于它設計簡單，因此在某些地方還是值得應用的。

2 濾波器的分類

最普通的濾波器的分類方法通?？煞譃榈屯ā?a href="http://www.delux-kingway.cn/tags/高通/" target="_blank">高通、帶通及帶阻四種類型。圖12.1給出了這四種濾波器的特性曲線。

按濾波器的頻率響應來劃分，常見的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及橢圓型等；按濾波器的構(gòu)成元件來劃分，則可分為有源型及無源型兩類；按濾波器的制作方法和材料可分為波導濾波器、同軸線濾波器、帶狀線濾波器、微帶濾波器。

3 微帶濾波器的設計指標

微帶濾波器的設計指標主要包括：

1絕對衰減（Absolute attenuation）：阻帶中最大衰減（dB）。

2帶寬（Bandwidth）：通帶的3dB帶寬（flow—fhigh）。

3中心頻率：fc或f0。

4截止頻率。下降沿3dB點頻率。

5每倍頻程衰減（dB/Octave）：離開截止頻率一個倍頻程衰減（dB）。

6微分時延（differential delay）：兩特定頻率點群時延之差以ns計。

7群時延（Group delay）：任何離散信號經(jīng)過濾波器的時延（ns）。

8插入損耗（insertion loss）：當濾波器與設計要求的負載連接，通帶中心衰減，dB

9帶內(nèi)波紋（passband ripple）：在通帶內(nèi)幅度波動，以dB計。

10相移（phase shift）：當信號經(jīng)過濾波器引起的相移。

11品質(zhì)因數(shù)Q（quality factor）：中心頻率與3dB帶寬之比。

12反射損耗（Return loss）

13形狀系數(shù)（shape factor）：定義為 。

14止帶（stop band或reject band）：對于低通、高通、帶通濾波器，指衰減到指定點（如60dB點）的帶寬。

工程應用中，一般要求我們重點考慮通帶邊界頻率與通帶衰減、阻帶邊界頻率與阻帶衰減、通帶的輸入電壓駐波比、通帶內(nèi)相移與群時延、寄生通帶。前兩項是描述衰減特性的，是濾波器的主要技術(shù)指標，決定了濾波器的性能和種類（高通、低通、帶通、帶阻等）；輸入電壓駐波比描述了濾波器的反射損耗的大?。蝗簳r延是指網(wǎng)絡的相移隨頻率的變化率，定義為 dU/df ，群時延為常數(shù)時，信號通過網(wǎng)絡才不會產(chǎn)生相位失真；寄生通帶是由于分布參數(shù)傳輸線的周期性頻率特性引起的 ，它是離設計通帶一定距離處又出現(xiàn)的通帶，設計時要避免阻帶內(nèi)出現(xiàn)寄生通帶。

4 微帶濾波器的設計

本小節(jié)設計一個微帶低通濾波器，濾波器的指標如下：

通帶截止頻率：3GHz。

通帶增益：大于-5dB，主要由濾波器的S21參數(shù)確定。

阻帶增益：在4.5GHz以上小于-48dB，也主要由濾波器的S21參數(shù)確定。

通帶反射系數(shù)：小于-22dB，由濾波器的S11參數(shù)確定。

在進行設計時，我們主要是以濾波器的S參數(shù)作為優(yōu)化目標。S21（S12）是傳輸參數(shù)，濾波器通帶、阻帶的位置以及增益、衰減全都表現(xiàn)在S21（S12）隨頻率變化的曲線上。S11（S22）參數(shù)是輸入、輸出端口的反射系數(shù)，如果反射系數(shù)過大，就會導致反射損耗增大，影響系統(tǒng)的前后級匹配，使系統(tǒng)性能下降。

了解了濾波器的設計原理以及設計指標后，下面開始設計微帶低通濾波器。

4.1建立工程