具有多传输零点的射频集总高通滤波器的设计
罗 兵1，张永亮1，刘建圻1，钟君柳1，王喜瑞2
【摘 要】简要介绍了滤波器的理论基础，并在理论计算与分析的基础上，使用射频/微波仿真软件ADS设计了一种射频高通滤波器。在带外低频引入4个传输零点，使其能有效抑制零点频率附近的杂波干扰，提高通信系统的抗干扰能力。仿真结果表明在通频带内，驻波比≤1.5，插入损耗≤0.5 dB，带外抑制≥25 dB（DC~650 MHz）。比较了理论设计与使用仿真软件设计的区别，理论计算繁琐、复杂，而仿真软件设计简单、高效、快速、调谐方便，此方法可用于其他射频滤波器的设计。 【期刊名称】电子与封装 【年(卷),期】2014(000)009 【总页数】5
【关键词】高通滤波器；ADS优化；驻波比；插入损耗；仿真分析
1 引言
射频滤波器一直是无线通信系统中不可缺少的组成部分，它能起到频带和信道选择的作用，并且能滤除谐波，抑制杂散。因此，射频滤波器一直是无线通信系统领域的研究热点[1~9]。一般来说，滤波器的设计均是采取查归一化表的方式得到需要的参数，再进行转化得到实际滤波器的设计参数，但这种方法工作量大，精度不高，理论计算较复杂。事实上，对于大多数现代滤波器的设计，射频/微波模拟软件是一个绝对必要的、评估滤波器性能的工具。美国安捷伦（Agilent）公司推出的大型EDA软件Advanced Design System（简称ADS）就是其中的佼佼者，也是国内各大学和研究所在微波电路和通信系统仿真方面
使用最多的软件之一[1,2]。本文在理论设计的基础上，利用ADS软件对集总式的高通滤波器进行优化设计，节省了时间，提高了设计精度和设计效率。
2 滤波器理论
在电路中，电流信号可以认为由很多形式的小电流（电流谐波）叠加而成，有的信号是有用的，有的信号是无用甚至有害的，它可能会给整个电路带来干扰。因此，需要将电路中的一些无用信号尽可能降低，剩下有用的信号来驱动负载，滤波器便能提供这样的一个开关通道：有用的信号可以近乎无阻碍地通过，无效或者有害的信号被截断不能通过，从而提高整个电路的抗干扰能力和电路的稳定性。
按照通频带的分类方法，滤波器可分为：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）。按通带滤波特性可分为：最大平坦型（巴特沃思型）、等波纹型（切比雪夫型）、线性相移型（贝塞尔型）滤波器等。本文设计的滤波器为低于某个频率的信号滤除，高于某个频率的信号通过，是一种无源高通滤波器。
3 射频高通滤波器的理论设计
对于多种不同结构的滤波器，尽管它们具有不同的结构，功能均为从一系列信号中分离出设计者所需要的频率。那么，所有电路均可以用网络参数的形式来反映输入端和输出端的关系，以衰减和相移函数为基础，利用网络综合理论，可以求出集总元件低通原型电路[3,4]。根据滤波器理论，所有类型的滤波器均可映射成归一化的低通滤波器[3,4]，因此高通滤波器的设计可以先从设计归一化低通滤波器开始，然后再映射成高通滤波器，映射如图1 所示，图中纵坐标以分贝（dB）为单位，LA为衰减度，LAR为通带内最大衰减度，其中低通原
型滤波器的频率变量为ω’，高通滤波器的频率变量为ω。对于低通滤波器原型，ω1’为归一化截止频率，当归一化频率大于ω1’时为阻带，反之为通带。映射到高通滤波器时，ω1为归一化截止频率，当归一化频率大于ω1时为通带，反之为阻带。
低通滤波器原型可以根据其截止频率和带内外的抑制等通过查阅相关表格得到[3]。得到低通滤波器原型的相关参数后，可以通过频率定标和阻抗定标来得到实际高通滤波器的设计参数，将设计参数使用ADS仿真软件进行初步仿真调试或直接搭建基本电路进行调试，达到设计指标要求。 3.1 阻抗定标
阻抗定标是在原型设计中，源和负载的电阻为1，设计时可以通过原型设计的阻抗与R0相乘得到。若Rs’、L’、C’和RL’是原型低通滤波器的元件值，不带撇号的符号表示阻抗定标后的值，则新的滤波器的元件值为： 3.2 频率定标
频率定标是将低通原型滤波器中衰减特性的频率变量ω’经过适当的变换，得到以新的频率ω为变量的衰减特性。为了将低通原型滤波器转换到高通滤波器响应，可将ω’=0映射到ω=∞，将ω’=∞映射到ω=0，所以从低通到高通的频率变换式应取：
这样，不但可以使低通的ω’=0点变换为高通的ω=∞点，ω’=∞变换为高通的ω=0点，而且使得ω’=ω1’点变换为ω=ω1点。因此，低通原型的通带变换为高通的通带，低通原型的阻带变换成高通的阻带。式（5）中的负号是为适应在变换过程中元件性质改变的需要。例如，低通原型中电感L’的感抗为ω’L’，变换到高通滤波器中的电抗为：
具有多传输零点的射频集总高通滤波器的设计
