基于HFSS與ADS結合的微波濾波器設計

抽頭式交指線(xiàn)微波濾波器具有較多優(yōu)良特性：結構緊湊、結實(shí)，可靠性好;諧振器間的間隔較大，對加工精度要求不高;一般在沒(méi)有電容加載情況下，諧振桿的長(cháng)度近似為λ0/4,第二通帶的中心在3ω0上，也有較好的阻帶特性;另外，在ω=0和ω=ω0的偶數倍上，具有高次衰減極點(diǎn)，因而阻帶衰減和截止率都比較大;既可以作為印刷電路形式，又可以用較粗的桿作成自行支撐，而不用介質(zhì)?；谏鲜?，交指型濾波器的諧振器既可用矩形桿，也可用圓桿實(shí)現。下面給出利用矩形桿的微波濾波器的設計實(shí)例。

經(jīng)過(guò)多位高工的研討，本微波實(shí)訓平臺設計的濾波器主要是針對前級的天線(xiàn)而來(lái)的，即要實(shí)現最后的級聯(lián)。所以有必要闡述下前級的天線(xiàn)的具體規格：

設計的天線(xiàn)是在2.36GHz附近工作，而我在這里設計的濾波器目的是針對移動(dòng)通信設計，所要求帶寬較窄，令帶寬在50MHz左右，符合天線(xiàn)能提供的范圍。濾波器使用的基板參數還是εγ=9.6,H=1.27mm,此時(shí)基板上傳輸線(xiàn)的阻抗50W.

根據實(shí)訓教學(xué)的需要及制作成本等因素，確定如下參數：

中心頻率f0=2.36GHz;帶寬為Δ f = 5 0 M H z ~ 7 0 M H z ( 計算按50MHz);帶內插損Lp≤3dB;帶內駐波ρ≤2;帶外抑制在f0±0.05GHz處Ls≥20dB;體積要求V≤20×30×100(mm3)輸入輸出方式SMB.

參考上述的指標，采用交指線(xiàn)濾波器設計。濾波器設計過(guò)程中，首先利用等效電路法給出濾波器抽頭單元和內部結構的初值，利用HFSS仿真軟件對抽頭單元進(jìn)行精確分析，并進(jìn)行濾波器結構性的建模，然后結合ADS,利用Passive circuit DG-filters模型中的interdigita進(jìn)行曲線(xiàn)仿真。

濾波器的階數取為n=7,帶內取0.01dB切比雪夫等波紋設計，諧振桿的長(cháng)度取為λ0/4略短些，設計中，采用了矩形桿結構，下面將矩形桿結構的最終參數值列十表5-4中，并給出了矩形桿仿真結果。

則低通原型元件值查表(見(jiàn)表1)可得g 0= g 8= 1;g 1= g 7= 0 . 7 9 6 9;g 2= g 6=1.3924;g3=g5=1.7481;g4=1.6331; 1 '= 1ω .

利用等效電路分析方法可以給出抽頭線(xiàn)的設計初值，但是只能給出抽頭線(xiàn)距離諧振器接地端的長(cháng)度，即ι=3.3mm,抽頭結構濾波器的設計中抽頭線(xiàn)高度和抽頭線(xiàn)到第一諧振器的長(cháng)度S01對整體性能影響都比較大，利用有載品質(zhì)因數的參數提取方法所得到的結果會(huì )更準確些。

根據交指型濾波器的公式和濾波器帶寬FBW的要求，計算相關(guān)參數：

經(jīng)過(guò)計算，矩形桿結構尺寸如表2所示：

其中，W為矩形桿的寬度，Si,j+1為桿間的邊緣距離，Pi為諧振桿的高度(略小λ/4,l為抽頭線(xiàn)距短路端的長(cháng)，S01為第一諧振桿距邊緣的長(cháng)度，t和h分別是諧振桿和腔體的厚度，而且腔體總高為35mm.

根據以上參數利用HFSS進(jìn)行結構性仿真，仿真結構圖如圖1所示，結合ADS進(jìn)行曲線(xiàn)仿真，仿真響應曲線(xiàn)圖如圖2所示。

圖3和圖4分別給出矩形桿結構的濾波器的實(shí)物照片和測試結果。

在調試中也采用了螺釘調整頻率和帶寬。

從測試結果可以看出，通帶性能較好，插損小于3.0dB,駐波系數在20dB左右，都滿(mǎn)足了濾波器的設計要求。