微波筆記·如何設(shè)計一個平面低通濾波器

微波筆記·如何設(shè)計一個平面低通濾波器1.平面低通濾波器簡介隨著現(xiàn)在微波鏈路越來越高頻化，小型化，直接在鏈路中集成低通的現(xiàn)象越來越普遍。同時很多芯片化的低通也大都是在高介電陶瓷片上實現(xiàn)的微帶濾波器。陶瓷片型的芯片電容，電感，均衡器都需要用到平面低通的設(shè)計概念。常見的低通濾波器在ADS中的模型及結(jié)構(gòu)形式見圖1。本文中ADS和sonnet模型下載請登錄百度云盤（/s/1ht0ZSH2密碼：ickm）。圖1常見的平面結(jié)構(gòu)低通濾波器三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點對比見表1，通常對要求比較高的設(shè)計時可綜合三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點進(jìn)行折中設(shè)計。表1三種結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點對比2.平面低通濾波器設(shè)計的理論基礎(chǔ)本次總結(jié)的理論基礎(chǔ)來源于《MicrostripFiltersforRFandMicrowaveApplications2001》第4/5章，核心理論為圖2的高低阻抗線等效電路。結(jié)論是：一段高阻抗線可以等效為電感，一段低阻抗線等效為一個到地電容。（如果理解傳輸線的特征阻抗用微分形式的集總參數(shù)表示為sqrt（L/C），高阻L一定很大，低阻C一定很大，就可以比較形象的理解此等效原理。）圖2

高低阻抗線等效電路3.平面低通設(shè)計實列一個平面低通遵循下列設(shè)計步驟。1)規(guī)劃高低阻抗線阻抗，高阻受限于線條加工能力和功率容量，一般小功率應(yīng)用可以取到0.15mm，低阻寬度受到濾波器尺寸限制，受到長寬比限制。（一般高低阻抗比例越大，寄生通帶越遠(yuǎn)，但寄生通帶遠(yuǎn)也意味著近端抑制會差，所以設(shè)計時可靈活配置各枝節(jié)阻抗，達(dá)到寄生通帶和矩形系數(shù)的均衡）2)ADS建模仿真獲取初始電磁仿真參數(shù)3)電磁仿真驗證優(yōu)化本例用一個10GHz的平面低通作為實例，為了方便采用混合結(jié)構(gòu)形式。1)

規(guī)劃高低阻抗線高低阻抗規(guī)劃要折衷級數(shù)/尺寸以及電性能，在實際設(shè)計中有迭代過程。高低阻抗計算有很多工具，這里推薦一個：polarSI9000（可以百度自行搜索），傳輸線特性參數(shù)計算非常實用的工具。本例中高阻選取加工極限0.15mm，低阻折中尺寸和寄生通帶選取1mm寬，通過圖3計算可以得到1mm線寬的特性參數(shù)（特征阻抗和有效介電常數(shù)）為：

W=1mm

Z=33歐

Er=（2.98/2.16）^2=1.90

(光速比相速的平方)

W=0.15mm

Z=96歐

Er=1.69圖3傳輸線阻抗計算2)ADS建模在ADS中建立由高低阻抗傳輸線級聯(lián)的理想電路模型，獲取電磁仿真的初始參數(shù)，個人習(xí)慣采用ADS中Tline-ideal中的TlineP，該模型有兩個三個參數(shù)：阻抗/有效介電常數(shù)/長度，前兩個參數(shù)在高低阻抗線規(guī)劃中已經(jīng)獲得，模型建模時只有物理長度一個變量，可以用1/8波長作為初始值，然后通過ADS中的優(yōu)化快速獲取準(zhǔn)確的物理長度。詳細(xì)的模型見圖4。圖4ADS模型優(yōu)化獲取電磁仿真尺寸3)

Sonnet電磁仿真所有平面結(jié)構(gòu)的微波器件個人習(xí)慣使用sonnet進(jìn)行仿真，sonnet可以隨意更改結(jié)構(gòu)形狀，很接近實際調(diào)試時采用的方法，并且仿真速度非?？欤苓m合平面結(jié)構(gòu)的電磁仿真。在sonnet中根據(jù)ADS仿真中獲取的尺寸建立初始電磁仿真模型如圖5所示。圖5sonnet第一次電磁仿真結(jié)構(gòu)和結(jié)果通過電磁仿真可以發(fā)現(xiàn)ADS模型中給出的參數(shù)已經(jīng)非常準(zhǔn)確了,在電磁仿真時基本不需要優(yōu)化了。但ADS中的模型畢竟不能模擬各個短截線間的耦合效應(yīng)，接頭不連續(xù)效應(yīng)，根據(jù)經(jīng)驗通常只需要微調(diào)下高阻線的長度就可以得到很好的設(shè)計結(jié)果了。：趙強微信號：q_zhao_ls簡介：

2004～2011華中科技大學(xué)微