介質(zhì)波導(dǎo)雙模濾波器的設(shè)計(jì)分享

隨著通信系統(tǒng)設(shè)備小型化、輕量化和高性能化的發(fā)展，在射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)各種濾波器來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，對(duì)前端選頻器件提出了更高的要求。隨著5G通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的逐步確定，高性能、體積小、重量輕的介質(zhì)波導(dǎo)濾波器是最佳選擇。本文中基于TE模的介質(zhì)波導(dǎo)雙模濾波器具有高Q值、低損耗、大功率容量等優(yōu)點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)這類(lèi)雙模濾波器時(shí)，能否使用以前的多端口計(jì)算設(shè)計(jì)方法是本文的重點(diǎn)。下圖顯示了單個(gè)諧振器中的四種模式：

從上面的電場(chǎng)分布圖可以觀察到，可以自由選擇雙模單腔和三模單腔。在高次模出現(xiàn)的頻率點(diǎn)，通過(guò)選擇介電常數(shù)和控制諧振腔的大小來(lái)優(yōu)化高次模。盡量拉長(zhǎng)高次模的頻率，減少對(duì)通帶的影響。1.設(shè)計(jì)過(guò)程,多模濾波器的設(shè)計(jì)、充電性能的評(píng)估、單模的評(píng)估是一樣的，但是在Q值的評(píng)估中，多模的Q值高于單模，這可以根據(jù)本征模的模擬來(lái)觀察。下圖為雙腔4模濾波器的原理評(píng)估模擬結(jié)果：

2.耦合帶寬和輸入輸出QL

3.計(jì)算HFSS的投入產(chǎn)出耦合。計(jì)算HFSS的輸入輸出耦合，利用比特延遲可以初步確定輸入輸出耦合的強(qiáng)度。模擬連接器探針的插入方向應(yīng)遵循特定模式的電場(chǎng)方向。如下圖所示：

當(dāng)確定輸入-輸出耦合時(shí)，由于第二模式或第三模式的影響，需要分離其他模式。這里，由于1和2模式之間的耦合，延遲波形具有兩個(gè)峰值?？梢圆捎妙l率分離方法來(lái)減小第二模式對(duì)第一模式的影響。4.耦合帶寬和頻率的計(jì)算。這里，選擇多端口提取方法來(lái)提取HFSS中的諧振頻率，并且存儲(chǔ)耦合帶寬

在這里進(jìn)行模擬時(shí)，需要特別注意端口的恢復(fù)模式，它應(yīng)該遵循電場(chǎng)的方向。在計(jì)算耦合帶寬時(shí)，可以同時(shí)觀察濾波器通帶諧波的頻率點(diǎn)，通過(guò)合理選擇耦合窗的大小和開(kāi)啟方向，盡可能降低高次諧波的幅度。5.濾波器

通帶的計(jì)算和優(yōu)化對(duì)于高階多模濾波器的優(yōu)化計(jì)算，通常采用二端口S參數(shù)提取法，還會(huì)用到空間映射、遺傳算法等。因此，合理選擇優(yōu)化方法可以加快設(shè)計(jì)速度，節(jié)省時(shí)間，縮短濾波器的開(kāi)發(fā)周期

審核編輯：湯梓紅