摘 要

本文利用射频电路设计仿真软件ADS（Advanced Design System）首先对微带交叉耦合带通滤波器进行了初步的设计。包括微波发夹型谐振器尺寸的设计确定。然后对其仿真测试，优化尺寸。最后得到了满足预期设计要求的滤波器。并且对影响微带耦合滤波器滤波性能的各个方面进行了研究和测试。对耦合间距，谐振器的臂长，以及线宽进行了简单的研究。所得到的结果，和仿真的结果对研究微带滤波器，特别是微带耦合带通滤波器具有重要的意义。

论文主要研究了微带带通滤波器。并且再微带谐振器耦合的方式上选择了交叉耦合的方式。文章首先通过微波传输线的相关知识理论了解了现代微波传输系统的形式。然后通过介绍各种类型滤波器，还有低通原型滤波器的原理和设计方法等，逐渐引入到微带滤波器的研究。本文重点介绍了微带带通滤波器的设计理论。然后通过集中参数法，选用适合的低通原型滤波器，利用ADS软件设计了一个中心频率在2.4GHz，带宽大于10%，带内衰减小于2dB，带外衰减小于-20dB的微带交叉耦合型带通滤波器。

最后研究结果表明微带滤波器在一定程度上的性能相比传统滤波器要更好，重要的是尺寸更小。利用ADS设计也比较方便简单。

本文的主要任务是研究了微带带通滤波器的工作原理，熟悉ADS设计软件基本操作，完成微带交叉耦合型带通滤波器的设计与仿真，并对其进行优化。

关键词：微带滤波器； 交叉耦合； ADS； 带通滤波器

Abstract

In this paper, the ADS (Design System Advanced) of the radio frequency circuit design simulation software is used to design the microstrip cross coupled bandpass filter at first. Design determination of the size of microwave hairpin resonators. And then make the simulation test, optimize the size. In the end, the filter which meets the expected design requirements is obtained. And the influence of various aspects of the filter performance of microstrip coupled filters is studied and tested. A simple study of the coupling spacing, the length of the resonator, and the line width is carried out. The obtained results and simulation results have important implications for the study of micro-strip filters, especially micro-strip coupled band-pass filters.

Microstrip band-pass filter is studied in this paper. And the coupling mode of the microstrip resonator is selected in the way of cross coupling. In this paper, firstly, the form of modern microwave transmission system is studied by the theory of microwave transmission line. Then by concentrated parameter method, the selection of suitable low-pass prototype filter, and designs a center frequency of 2.4GHz, bandwidth greater than 10% by using the software ads of the, the band attenuation is less than 2dB, the out of band attenuation is less than - 20dB microstrip cross coupled bandpass filter.

Finally, the results show that the performance of microstrip filter is better than that of the traditional filter, it is important that the size of the filter is smaller. The use of ADS design is also more convenient and simple.

The main task of this paper is to study the working principle of microstrip bandpass filter, familiar with the basic operation of ADS design software, complete the design and Simulation of microstrip cross coupled bandpass filter, and optimize the design and Simulation of microstrip bandpass filter.

Key Words: Micro-strip filter; Cross coupling; ADS; Band-pass filter

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究意义 1

1.3发展概况 2

1.4本论文的主要工作 3

第2章 微带线理论 4

2.1传输线理论 4

2.2 微带线基本理论 4

2.3 耦合微带线 5

2.4 微波谐振器简介 6

2.5 微带谐振器的耦合 7

第3章 微波滤波器的原理 11

3.1 滤波器概念 11

3.2 滤波器的分类 11

3.3 带通滤波器主要技术指标 12

3.4 微带谐振器原理 13

3.5微波带通滤波器的基本设计方法 15

3.5.1微波滤波器的技术指标 15

3.5.2 微波带通滤波器的设计 16

第4章 交叉耦合带通滤波器的设计 18

4.1 低通原型滤波器 18

4.2 带通滤波器设计原理 20

4.3 ADS设计的仿真与优化 22

4.3.1 利用ADS设计带通滤波器 24

4.3.2 原理图的优化 27

4.4结果分析 29

第5章 总结 30

绪论

研究背景

在这个高度信息化的时代，科技的迅猛发展使得通信领域中的信息传递在几十年间发生了媒介本质上的巨大变化。从利用波导，光纤，电缆作为媒介的有线传输技术到目前依靠电磁波在各种空间内的无线传输，经历了各种技术的重大变革。可以说通信和信息传播已经成为当今社会最重要的领域之一。而无线通信无疑更是其中的重要环节和当前的趋势。由于无线通信发展到现在，可用的频谱占用率越来越高，使得可用来通信的电磁波频率往越来越高的方向发展了。^[14]如今无线通信领域应用的主要是射频系统。射频一般被定义为具有远距离传输能力的高频电磁波；各种射频无线通信系统都具有相似的结构，主要功能结构模块有射频滤波器，射频放大器，射频震荡器以及混频器。

由于无线传输系统的传输空间自由开放，传输介质就是大气空间。所以各种不同频率的信号都混合在传输空间中。无线通信系统中的射频信号需要经过特殊的处理才能被成功地发射和接受。这就需要放大器放大和滤波器的过滤等。其中滤波的功能在信号传播的过程中起着有位关键的作用。就好比你需要从各种鱼目混杂的物件中选出你需要的东西，滤波器的作用就是决定你选择标准的一个重要的器件，决定着无线通信的成功与否。

研究意义

如今的无线通信中可供使用的频谱资源本来就有线，而通信的高速发展使得频谱需求也越来越大。所以从众多高频信号中筛选出自己需要的信号就变得更加困难，故使得对现在的滤波器的设计要求也越高。^[15]除了对滤波效果的高要求外，还有体积，成本，质量等的要求。所以利用传统的设计方法设计出来的大尺寸滤波器滤波效果就无法满足各种需求。近些年来，研究者们取得了很大的研究成果，提出了很多比较新的结构。其中微带线制成的滤波器是一种主流趋势。

对于滤波器的使用，不同的应用领域有着不同的要求。比如在卫星通信方面，通信系统有重量轻，体积小，损耗低等的要求；在移动通信基站设备上有低损耗，小型化，低成本，高功率容量的微波滤波器；在个人移动通信的手持移动终端设备上，要求滤波器价格低廉且易于大规模生产，同时体积要微小。所以这些各自不同的要求促进了滤波器的发展，同时更有效，更加适用的滤波器技术就随之诞生。对滤波器技术的研究就对通信领域的发展有至关重要的意义。^[13]

发展概况

现代移动通信，无线技术和卫星通信的飞速发展，使本已有限的频谱资源变得更加紧张，对所有类型的过滤器性能要求每个通信系统变得更加严格。传统的LC滤波电路早已被时代所淘汰。而且应用于不同领域的滤波器也需要具备不同的要求。正如前面介绍过的。在众多通信领域，如卫星通信，移动通信基站，还有个人移动手持通信设备等方面。不同的需求所变现的对滤波器的要求都有所不同，微小化，易批量生产，低损耗等要求。这些也推动了不同的类型滤波器的发展。

过滤器需要具有尖锐的带外抑制，从而达到提高通信容量和减小相邻信道之间的干扰。同时改进了信噪比，插入损耗低；通带内有一般不能有较大的带内波纹，即要满足平坦的幅频特性；而且，现代通信的发展使得越来越小微小型化的各类通讯工具成为一种趋势，这就要求滤波器有更小的尺寸，更更轻便的重量。所以这些年来，微带滤波器因为这些优势在众多类型的滤波器中逐渐流行起来。

有两个结构的微波滤波器的拓扑。它是交叉耦合直接耦合结构和多通道结构。与传统的级联滤波器结构相比，具有有限传输零点的交叉耦合滤波器的结构，可以有效地提高衰减频带，同时提高频带内的群时延特性的优点，它已广泛重视。因此，有关交叉耦合滤波器的研究已经成为一个热门的研究课题微波，通讯等领域。^[1]因此对有关交叉耦合结构滤波器的研究成为了微波，通信等领域的热门研究课题。在现代微波通信系统中，交叉耦合滤波器因为其通带内插入损耗低，带外的衰减高，而且具有高选择性。

本论文的主要工作

本文任务是研究交叉耦合带通滤波器的工作原理，学会并掌握ADS仿真软件的使用。并且通过ADS对设计进行原理图的实现，仿真和优化。最后要满足滤波器的性能要求。

论文主要内容如下：

第一章 绪论

主要介绍了本篇论文的研究背景，微带滤波器的发展和研究现状；

第二章 微带线理论

主要介绍了微带线的相关理论知识和相关原理。包括微带传输线，微带谐振器，和谐振器之间的耦合。

第三章 微波滤波器的原理

主要内容包括滤波器基本知识的介绍，还有滤波器的分类，滤波器的基本参数最后引用了微带滤波器的设计等方面的内容。

第四章 交叉耦合带通滤波器的设计

本篇论文的主要部分，内容是微带交叉耦合带通滤波器的设计，包括设计原理，基于ADS的滤波器设计，原理图绘制，仿真与优化等，最后是对结果的简单分析。

第五章 总结与展望

主要是对本次毕业设计的总结。并且对自己在设计领域的展望。

微带线理论

2.1传输线理论

微波传输线（传输线）是所有形式的信息传输系统和微波能量的传输的一个通用术语^[9] 它的作用是引导沿一定方向发出的电磁波进行传导，也就是所谓的波导系统。^[3]微波传输线可分为双导体传输线，填充有均匀介质的金属波和介质传输线三种类型。

微波首先也是电磁波，只是它的频率非常高，我们知道对于电磁波，它的波长与频率成反比，所以当频率很高时，微波的波长就变得非常小了，这也是叫微波的原因。而当这个波长的大小足以和电路本身的原器件的尺寸大小相比较时，传输线上的电流和电压就会呈现出一定的波动性。因此，当它涉及到一个无线电频率电路，传输线理论可以用于分析所述传输线的电流和电压，以及传输线的阻抗的变化的分布。

下面介绍传输线中的几个基本参量：