Ku波段微带带通滤波器设计+ADS仿真(6)
图3.1 滤波器的理想特性曲线[1]
一个理想的滤波器应该有平稳的通带，同时限制所有通带外的频率分量通过。但是实际上，没有真正意义上的理想滤波器。实际的滤波器无法完全过滤掉通带之外的频率分量。事实上，在理想通带的边界有一逐渐衰减的区域，处于该区域的频率分量无法被完全过滤，这一区域被称做滚降斜率。滚降斜率通常用dB（分贝）来表示频率的衰减程度。一般情况下，滤波器设计力求将这一衰减区域做得尽可能的窄，以便该滤波器能最大限度接近理想的设计。
3.2 滤波器的设计指标
微波滤波器的技术指标因用途而异，归纳起来有以下几项。对于一个具体的微波滤波器来说，这几项技术指标不一定都要规定，可以根据滤波器的用途只规定其中几项。滤波器的指标形象地描述了滤波器的频率响应特性，微带滤波器的设计指标主要包括：
（1）工作频率。是滤波器的通带频率范围，有两种定义方式：
①3dB带宽。由通带最小插损点（通带传输特性的最高点）向下移3dB时，所
测得通带宽度。
②插损带宽。满足插入损耗时所测带宽。这个定义较为严谨，在工程上常用。
（2）插入损耗。即由于滤波器的介入，在系统内引起的损耗。
（3）带内波纹。表示插入损耗的波动范围，以dB计。越小越好，否则，会增加通过滤波器的不同频率信号的功率起伏。
（4）带外抑制。规定滤波器在什么频率上会阻断信号。是滤波器特性的矩形度的描述的一种方式。也可用带外滚降来描述，就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。
（5）截止频率：频率响应下降3dB时所对应的频率，是用来说明电路频率特性指标的特殊频率。
（6）承受功率。在大功率发射机末端使用的滤波器要按大功率设计，因此需要规定该项指标参数。
（7）插入相移和时延频率特性。插入相移是指信号通过滤波器所引入的相位滞后，即网络参量 的相角 。它是频率 （或角频率 ）的函数， 与角频率 之比为相位时延 ，画成曲线 - 即为滤波器的时延频率特性。
（8）品质因数Q。中心频率与3dB带宽之比。
工程应用中，一般要求我们重点考虑通带边界频率与通带衰减、阻带边界频率与阻带衰减、通带的输入电压驻波比、通带内相移与群时延、寄生通带。前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类（高通、低通、带通、带阻等）。
3.3滤波器的经典设计方法——综合法
几乎所有的微波接收机、发射机和微波试验装备都要求具有滤波的功能。根据对所查阅的文献及资料的分析与研究[1]，目前对微波滤波器的设计方法可以归纳为以下两种。
（1） 经典方法。即低通原型综合法，由衰减特性综合出低通原型，经频率变换，进而微波实现。结合数学计算软件（MathCAD、Matlab等），微波仿真软件（ADS、Ansoft、HFSS等），可以得到满意的结果。
（2）软件方法。借助于软件商依各种滤波器的微波拓扑结构做成的软件，使用者依据指标挑选拓扑结构、仿真参数、调整优化。
本课题采用经典方法即综合法进行微波滤波器的设计。所谓综合法，即以对衰减和相位特性的要求为基础，利用综合理论，求出集总元件低通原型电路的结构及各元件的参数，再利用适当的频率变换，将其变换为所需要形式的（低通、高通、带通、带阻）滤波器（以上步骤在低频领域已经十分成熟，有大量数字计算综合的结构可资利用），最后再将集总参数元件用微波领域的分布参数元件来实现。该方法设计理论成熟，并且设计过程规范。再结合计算机软件进行仿真，能克服理论分析精度低的缺点，并使设计周期缩短、设计成本降低。有此可见，由集总参数元件构成的低通原型滤波器是网络综合法设计各种滤波器的基础。下面便针对低通原型滤波器进行介绍。