1、耦合矩陣簡(jiǎn)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(dāng)諧振器在中心頻率諧振，通過一定的耦合結(jié)構(gòu)（諧振器間能量交換結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)，使能量合理的在諧振器間儲(chǔ)存?zhèn)鬟f便可以實(shí)現(xiàn)特定頻率/特定要求的濾波功能。諧振器間傳遞的能量和儲(chǔ)存能量之比稱為耦合系數(shù)，耦合系數(shù)可以用一個(gè)矩陣表示，個(gè)人推薦的經(jīng)典的理解耦合矩陣參考文獻(xiàn)如下：

《現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》第五章耦合諧振器帶通濾波器，個(gè)人認(rèn)為此書是微波無源電路圣經(jīng)，常讀常新，建議沒事就翻一翻；

《Microstrip Filters for RFand Microwave Applications》詳細(xì)閱讀第八章；

《Genera coupling matrix synthexis methods for chebyshev filtering functions》附：個(gè)人根據(jù)此論文編寫的matlab程序。可以作為理論參考，但做工程的時(shí)候我自己很久沒有使用了；

耦合矩陣綜合的軟件推薦：CoupleFila-cr（可以百度搜索下載）

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(shù)直接綜合耦合矩陣，然后通過一定的旋轉(zhuǎn)變換得到實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的耦合形式。另一種是通過優(yōu)化方法，將理想傳輸函數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)，通過優(yōu)化獲得所需耦合矩陣。再ADS中建模獲得耦合矩陣實(shí)際是優(yōu)化方法，可以獲得任意結(jié)構(gòu)的耦合矩陣。

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

圖1 ADS中典型耦合矩陣模型（原理圖）

模型中各參數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)：

圖2 ADS中典型耦合矩陣模型（參數(shù)表達(dá)）

3、耦合矩陣綜合

有了常規(guī)的原型文件，我們就可以對(duì)耦合矩陣進(jìn)行綜合了。以一個(gè)CQ結(jié)構(gòu)為例，我們?cè)?，5間加入負(fù)耦合，原理圖如圖 3。

圖3 CQ結(jié)構(gòu)綜合模型

在一個(gè)切比雪夫原型基礎(chǔ)上增加了一個(gè)CQ耦合，可以看到駐波現(xiàn)在并不好，在ADS中放置一個(gè)駐波優(yōu)化，對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化設(shè)置和結(jié)果見圖 4。

圖4 優(yōu)化設(shè)置及結(jié)果

經(jīng)過一個(gè)簡(jiǎn)單的優(yōu)化，我們得到了想要的耦合系數(shù)參數(shù)。所有耦合諧振器形式的電路均可以通過此種方法進(jìn)行綜合，例如圖5的一個(gè)典型源和負(fù)載直接耦合帶阻濾波器。

圖5 一個(gè)典型的帶阻濾波器綜合(此種結(jié)構(gòu)無需長(zhǎng)傳輸線)

4、耦合矩陣綜合的用途

綜合耦合矩陣可以

·對(duì)濾波器性能有個(gè)合理的評(píng)估·可以對(duì)濾波器設(shè)計(jì)調(diào)試進(jìn)行指導(dǎo)

現(xiàn)在耦合諧振器式的濾波器大多采用群時(shí)延方法，通過電路我們可以了解各諧振器的時(shí)延，從而在設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)能準(zhǔn)確判斷問題所在，從而進(jìn)行濾波器快速設(shè)計(jì)。

拿圖4的CQ帶通濾波器為例：

輸入時(shí)延

12時(shí)延

123時(shí)延

通過上面的操作，我們就可以再三維仿真和設(shè)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確判斷各級(jí)耦合的偏差，從而進(jìn)行快速設(shè)計(jì)和調(diào)試。