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微波筆記·如何在ADS中綜合耦合矩陣

2018-01-14 來源:微波射頻網 作者:趙強 字號:

1.耦合矩陣簡介

我們常見的帶通濾波器,帶阻濾波器都屬于耦合諧振器電路。當諧振器在中心頻率諧振,通過一定的耦合結構(諧振器間能量交換結構)設計,使能量合理的在諧振器間儲存傳遞便可以實現特定頻率/特定要求的濾波功能。諧振器間傳遞的能量和儲存能量之比稱為耦合系數,耦合系數可以用一個矩陣表示,個人推薦的經典的理解耦合矩陣參考文獻如下:

·《現代微波濾波器的結構與設計》第五章耦合諧振器帶通濾波器,個人認為此書是微波無源電路圣經,常讀常新,建議沒事就翻一翻;
·《Microstrip Filters for RFand Microwave Applications》詳細閱讀第八章;
·《Genera coupling matrix synthexis methods for chebyshev filtering functions》附:個人根據此論文編寫的matlab程序,鏈接:https://pan.baidu.com/s/1dFhLW5N 密碼:albn。可以作為理論參考,但做工程的時候我自己很久沒有使用了;
·耦合矩陣綜合的軟件推薦:CoupleFila-cr鏈接:https://pan.baidu.com/s/1mhTu6Uk 密碼:iql6。

2.ADS中綜合耦合矩陣建模

通過閱讀論文可知耦合矩陣有兩種獲得方法。一種是通過傳輸函數直接綜合耦合矩陣,然后通過一定的旋轉變換得到實際可實現的耦合形式。另一種是通過優化方法,將理想傳輸函數作為標準,通過優化獲得所需耦合矩陣。再ADS中建模獲得耦合矩陣實際是優化方法,可以獲得任意結構的耦合矩陣。

ADS中綜合耦合矩陣的典型模型見圖 1。原計劃寫出詳細推導過程,但由于本周工作較緊,就先折衷完成分享計劃。感興趣的可自行推導。

源文件 鏈接:https://pan.baidu.com/s/1o94QEWq 密碼:ju84 

圖1 ADS中典型耦合矩陣模型(原理圖)

模型中各參數數學表達:

圖2 ADS中典型耦合矩陣模型(參數表達)

3.耦合矩陣綜合

有了常規的原型文件,我們就可以對耦合矩陣進行綜合了。以一個CQ結構為例,我們在2,5間加入負耦合,原理圖如圖 3。

圖 3CQ結構綜合模型

在一個切比雪夫原型基礎上增加了一個CQ耦合,可以看到駐波現在并不好,在ADS中放置一個駐波優化,對電路進行優化,優化設置和結果見圖 4.

圖4 優化設置及結果

經過一個簡單的優化,我們得到了想要的耦合系數參數。所有耦合諧振器形式的電路均可以通過此種方法進行綜合,例如圖5的一個典型源和負載直接耦合帶阻濾波器。

圖5 一個典型的帶阻濾波器綜合(此種結構無需長傳輸線)

4.耦合矩陣綜合的用途

綜合耦合矩陣可以

·對濾波器性能有個合理的評估
·可以對濾波器設計調試進行指導

現在耦合諧振器式的濾波器大多采用群時延方法,通過電路我們可以了解各諧振器的時延,從而在設計和調試時能準確判斷問題所在,從而進行濾波器快速設計。

拿圖4的CQ帶通濾波器為例:

 輸入時延

12時延

123時延

通過上面的操作,我們就可以再三維仿真和設計時準確判斷各級耦合的偏差,從而進行快速設計和調試。

作者:趙強 微信號:q_zhao_ls

簡介:
2004~2011 華中科技大學 微電子學與固體電子學 碩士
2011~2015 中電29所西科微波通訊有限公司
2015~ 2018 華為技術有限公司
2018~至今 航天微電科技有限公司成都分公司

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