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(jié)構(gòu)（諧振器間能量交換結(jié)構(gòu)）設計，使能量合理的在諧振器間儲存?zhèn)鬟f便可以實現(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存能量之比稱為耦合系數(shù)，耦合系數(shù)可以用一個矩陣表示，個人推薦的經(jīng)典的理解耦合矩陣參考文獻如下：

《現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)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(jīng)，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(jù)此論文編寫的matlab程序。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（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)變換得到實際可實現(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)作為標準，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。

圖1 ADS中典型耦合矩陣模型（原理圖）

模型中各參數(shù)數(shù)學表達：

圖2 ADS中典型耦合矩陣模型（參數(shù)表達）

3、耦合矩陣綜合

有了常規(guī)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(jié)構(gòu)為例，我們在2，5間加入負耦合，原理圖如圖 3。

圖3 CQ結(jié)構(gòu)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(xiàn)在并不好，在ADS中放置一個駐波優(yōu)化，對電路進行優(yōu)化，優(yōu)化設置和結(jié)果見圖 4。

圖4 優(yōu)化設置及結(jié)果

經(jīng)過一個簡單的優(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(jié)構(gòu)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(diào)試進行指導

現(xiàn)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(diào)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(diào)試。