1。2 微波滤波器的发展
微波滤波器是一类无耗的二端口网络,广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量中,对其性能的要求也越来越高。伴随着现代通信系统的发展,微博滤波器有着巨大的进步,其设计方法也变得越来越简便。我们可以以现代网络综合发展的理论成果为基础,借助计算机进行仿真。微波滤波器的标准化和多样化的两大特点使得其至今为止一直是炙手可热的研究领域。另外,微波滤波器使用材料的进步以及微波滤波器和其他有源或者无源滤波元器件的巧妙结合使得微波滤波器有了很大的发展。随着微波技术与通信要求的不断发展变化,滤波器的小型化和高性能已成为必然趋势。 而现在微波滤波器调谐的高速化和自动化的发展也有了很大的进步,并且新波段的滤波器也正在研制当中。
1。3 微带滤波器的发展
随着科学技术、新材料、新工艺的快速发展,设计体积小、重量轻、性能高、成本低的微波滤波器以及其它器件必将是工程设计和市场竞争的趋势。传统发放设计出来的滤波器结构尺寸一般比较大,在性能指标上也存在着一定局限。因此,为满足要求,现代微波电路中较常选用的是微带线结构的微波滤波器,这种结构的滤波器体积小、重量轻、通过光刻技术容易加工且方便与其它微波电路集成在一起,故许多电路使用此类滤波器。
微波滤波器分为带状线滤波器、微带滤波器、腔体滤波器以及同轴线滤波器。其中,微带滤波器以其结构简单、设计方便等优点有着较为广泛的应用范围。
微带滤波器使用的材料问题方面:美国Rogers公司所生产的罗杰斯高频板虽然价格比其他一些材料昂贵,但是它的优异的机械性能使其成为现代高频电路设计中使用较广泛的材料之一。微带滤波器优化结构方面:由于微带线与生俱来的性质问题,在微波波段如果采用集总参数设计的电感以及电容非常容易产生寄生效应,极有可能损耗并恶化电路性能。并且,在滤波电路中,通过将终端短路的传输线串联可实现串联电感,可是在微带线电路上不易实现串联传输线结构,所以可以通过将微带传输线终端开路的方法来实现并联电容。因此,在设计分布参数滤波器电路时,需要把原始电路转换为便于实现的电路形式。基于Richards变换与Kuroda规则设计微带低通滤波器[2,3,4]和基于阶跃阻抗设计微带低通滤波器[5]是通常情况下使用的两种微带低通滤波器的设计方法。
1。4 ADS和HFSS软件简介
随着射频微波电路的设计需求越来越高,能够满足现代高速发展的电子类产品设计的需求也日渐增长。现代射频与微波电路设计软件的发展趋势是能快速、准确地完成EDA[6]设计的(电子设计自动化)软件工具。其中,比较具有代表性的是由美国安捷伦(Agilent)公司推出的一款基于矩量法(MoM)的射频电路仿真工具ADS (Advanced Design System)和由美国Ansoft公司推出的针对高频结构的电磁仿真软件HFSS (High Frequency Structure Simulator)。
ADS主要用来设计射频电路和低频无源器件,功能强大,不仅能设计各个模块,还能设计整个系统,是非常实用的EDA开发工具。在设计射频集成电路、数字信号处理、射频和微波电路、MMIC和RFIC设计以及通信系统方面,ADS也有自己独特的优势。其设计覆盖了从集中参数到分布参数、从低频到高频、从数字到模拟、从时域到频域、从线性到非线性、从电路到电磁场等全方位的设计[7]。而软件HFSS 是高频结构设计首选的一款全波三维电磁仿真软件,它基于电磁场有限元法(FEM)。具有仿真精度高、操作界面方便易用的优点,其直观的后处理器及独有的场计算器可计算分析显示各种复杂的电磁场,并且HFSS软件自适应网格分解技术成熟稳定,在电子、计算机、半导体、通信、航空、航天等领域有广泛的应用[8]。