微带线应用.docx

微带滤波器与放大器原理及设计摘要：本文简要介绍了宽阻带低通滤波器的设计，微带线功率放大器的设计和制作，微带线E类功率放大器的设计。并简单介绍了S参数。关键词：微带线，滤波器，放大器，S参数一、微带滤波器设计微波滤波器是一种重要的微波元件，种类繁多，按照传输线类型来分，包括波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器和微带滤波器，并且由于其具有的选频功能，即通过所需频率信号而抑制不需要频率的信号，得到了广泛的应用。微带带通滤波器是微带滤波器的一种，根据不同带宽、结构需求，目前已发展了宽带、超宽带、小型化、缺陷地等多种技术。HPM短电磁脉冲检波器的输入电路，要求对低频和高频干扰信号进行抑制，同时信号通带要能够尽量宽。超宽带滤波器，性能优良、易于集成，在微波电路中有着重要的实用价值。宽阻带低通滤波器设计低通滤波器在射频电路设计中应用非常广泛，其基本作用是抑制高频信号，使所需要的低频信号无损耗的通过。检波器后端的低通滤波器，主要目的是滤掉前端耦合的高频信号（9.7GHz），设计目标是截止频率低于3.5GHz的低通滤波器。尝试了平行耦合线等形式低通滤波器后，发现一般的低通滤波器的会存在寄生通带，比如截止频率3GHz的低通滤波器，在3.5～5GHz的频带内衰减能大于20dB，但在9GHz左右反而成了通带。HPM短电磁脉冲载频约为9.7GHz，脉冲的占空比很小，即脉冲调制频率很低，要求低通滤波器通带带宽尽量窄，同时有较宽的阻带。DGS低通滤波器和谐振加载耦合带线低通滤波器是宽阻带低通滤波器两种常用形式。带阻滤波器可以通过低通滤波器原型变换得到，如图所示。图1低通滤波器原型的梯形电路（a）并联模型（b）串联模型用逆变换获得带阻响应。从而低通原型的串联电感变化到并联LC电路，元件值为低通原型的并联电容变换到串联LC电路，元件值为表1.1为从低通滤波器原型变换到高通、带通和带阻滤波器时的元件参数。表格1原型滤波器变换一览表其中，为截止频率，为几何均值。宽阻带滤波器研究现状各种结构形式的微带滤波器的设计理论与方法在过去几十年里得到了广泛而深入的研究。对比带通滤波器和带阻滤波器的频率响应，可以发现带阻滤波器的带内抑制与带通滤波器的损耗对应，带阻滤波器的阻带与带通滤波器的通带，带阻滤波器的反射零点也相对应于带通滤波器的反射零点。实际应用中，也广泛采用带通滤波器耦合拓扑结构来设计带阻滤波器。宽阻带滤波器有多种实现形式，典型研究结果包括以下一些。有学者提出了采用T形和十字形短截线构造基于光子带隙的宽阻带低通滤波器。滤波器在0.5～3GHz通带内插损小于1dB，3～20GHz阻带抑制优于20dB。有学者使用等效的T形节替代低通滤波器中的串联传输线以实现在低通滤波器中嵌入带阻滤波器，这种滤波器可以实现3.6～12GHz的带外抑制，但尺寸偏大。相关学者提出了一种新型的阶梯结构周期性紧凑型微带谐振器单元（CMRC）低通滤波器。还有相关研究人员采用了一种新型的缺陷地结构，用该结构设计了一个低通滤波器，其20dB阻带宽度约为截止频率的3.7倍。有学者提出了一种半圆缺陷地微带线，该结构比传统的正方形DGS微带线有更好的带阻特性和等效Q值。从国内外研究进展来看，宽阻带滤波器实现方式主要有，通过在低通滤波器进行谐振加载的方法，利用晶体带隙的方法以及缺陷地结构方法等。基于谐振加载的低通滤波器设计利用短路谐振加载的非对称耦合线可以获得多个传输零点。因此，可以视为一种频率选择的耦合结构，如图2、图4.13所示。将1/4波长的开路谐振单元与1/4波长的频率选择耦合单元组合就可以在阻带包含3个传输零点。1/4波长的开路谐振单元可视作是半波长短路谐振器的等效。实际上，电长度等效为1/4波长的任意开路支节都可以用作串联谐振单元。由于传输零点的增多，低阶的带阻滤波器在尺寸小，损耗小的优势之外，也实现了宽阻带特性。利用经典的奇偶模分析方法可以对这种谐振加载结构进行分析。图2频率选择耦合结构图3滤波器传输线模型若与耦合微带线长度相对应的电角度为，则奇模单端口输入阻抗与偶模单端口输入阻抗等效电路计算公式如下：式中，为微带开路谐振器的特性阻抗，，为平行耦合微带线的奇、偶模特性阻抗。两者的电角度相同。该结构单元的传播常数可根据Bloch周期结构理论和奇偶模分析方法与双端口网络参数关系得到：其中，是该结构的复传播常数，其实部表示衰减特性，虚部表示传播特性。根据上式可以计算在无限长周期时，该谐振单元结构具有两个传输零点的电角度为：两个传输零点之间的区域定义为该谐振单元的阻带。二、微带线功率放大器的设计和制作对于20MHz以上频段，微带线功率放大器具有下述优点：重复特性好，便于工厂生产，效率高一般可达到43%以上（C类放大器），稳定性高，结构尺寸小。缺点是设计计算繁琐，制作有其特殊性。通常有两种方法可以设计制作