微波笔记·如何在ADS中综合耦合矩阵

1.耦合矩阵简介

我们常见的带通滤波器，带阻滤波器都属于耦合谐振器电路。当谐振器在中心频率谐振，通过一定的耦合结构（谐振器间能量交换结构）设计，使能量合理的在谐振器间储存传递便可以实现特定频率/特定要求的滤波功能。谐振器间传递的能量和储存能量之比称为耦合系数，耦合系数可以用一个矩阵表示，个人推荐的经典的理解耦合矩阵参考文献如下：

·《现代微波滤波器的结构与设计》第五章耦合谐振器带通滤波器，个人认为此书是微波无源电路圣经，常读常新，建议没事就翻一翻；
·《Microstrip Filters for RFand Microwave Applications》详细阅读第八章；
·《Genera coupling matrix synthexis methods for chebyshev filtering functions》附：个人根据此论文编写的matlab程序，链接：https://pan.baidu.com/s/1dFhLW5N 密码：albn。可以作为理论参考，但做工程的时候我自己很久没有使用了；
·耦合矩阵综合的软件推荐：CoupleFila-cr链接：https://pan.baidu.com/s/1mhTu6Uk 密码：iql6。

2.ADS中综合耦合矩阵建模

通过阅读论文可知耦合矩阵有两种获得方法。一种是通过传输函数直接综合耦合矩阵，然后通过一定的旋转变换得到实际可实现的耦合形式。另一种是通过优化方法，将理想传输函数作为标准，通过优化获得所需耦合矩阵。再ADS中建模获得耦合矩阵实际是优化方法，可以获得任意结构的耦合矩阵。

ADS中综合耦合矩阵的典型模型见图 1。原计划写出详细推导过程，但由于本周工作较紧，就先折衷完成分享计划。感兴趣的可自行推导。

源文件 链接：https://pan.baidu.com/s/1o94QEWq 密码：ju84 

图1 ADS中典型耦合矩阵模型（原理图）

模型中各参数数学表达：

图2 ADS中典型耦合矩阵模型（参数表达）

3.耦合矩阵综合

有了常规的原型文件，我们就可以对耦合矩阵进行综合了。以一个CQ结构为例，我们在2，5间加入负耦合，原理图如图 3。

图 3CQ结构综合模型

在一个切比雪夫原型基础上增加了一个CQ耦合，可以看到驻波现在并不好，在ADS中放置一个驻波优化，对电路进行优化，优化设置和结果见图 4.

图4 优化设置及结果

经过一个简单的优化，我们得到了想要的耦合系数参数。所有耦合谐振器形式的电路均可以通过此种方法进行综合，例如图5的一个典型源和负载直接耦合带阻滤波器。

图5 一个典型的带阻滤波器综合(此种结构无需长传输线)

4.耦合矩阵综合的用途

综合耦合矩阵可以

·对滤波器性能有个合理的评估
·可以对滤波器设计调试进行指导

现在耦合谐振器式的滤波器大多采用群时延方法，通过电路我们可以了解各谐振器的时延，从而在设计和调试时能准确判断问题所在，从而进行滤波器快速设计。

拿图4的CQ带通滤波器为例：

 输入时延

12时延

123时延

通过上面的操作，我们就可以再三维仿真和设计时准确判断各级耦合的偏差，从而进行快速设计和调试。

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