糖葫蘆低通濾波器結(jié)構(gòu)簡單,插損小,功率容量較高,是同軸線低通的最常見形式。糖葫蘆低通的設(shè)計方法遵循高低阻抗線低通濾波器的設(shè)計原理。但由于糖葫蘆低通屬于三維結(jié)構(gòu),糖葫蘆低阻抗線的邊緣電容無法法忽視,直接使用高低阻抗互聯(lián)模型給出的高低阻抗線長度尺寸不夠準確。這篇文章介紹一種簡單準確的糖葫蘆低通的設(shè)計方法。
1、糖葫蘆低通的設(shè)計挑戰(zhàn)及對策
1.1、糖葫蘆低通的不連續(xù)性分析
典型的糖葫蘆低通濾波器結(jié)構(gòu)見圖 1所示,當(dāng)頻率較低時,由于糖葫蘆長度較大,邊緣電容相對于低阻抗線的對地電容較小,所以簡單的高低阻抗級聯(lián)模型就可以準確表達出糖葫蘆的三維電磁仿真參數(shù)。但當(dāng)糖葫蘆應(yīng)用到較高頻率時,由于尺寸縮小,邊緣電容作用逐漸加大,變得不可忽略,如圖1所示的簡單的高低阻抗級聯(lián)電路模型變得不準確。所以設(shè)計時必須考慮低阻抗線邊緣電容的影響。
圖1 典型的糖葫蘆低通結(jié)構(gòu)及原理
最開始分析糖葫蘆低通設(shè)計時,個人考慮了兩個因素影響:
邊緣電容;
糖葫蘆間的平板電容耦合
根據(jù)這個思路建立了模型仿真,出來的結(jié)果頻率偏高,但駐波還不錯。認真觀察了糖葫蘆低通濾波器工作時的場型分布圖 1所示,發(fā)現(xiàn)糖葫蘆間只有邊緣電容場比較明顯,低阻抗間基本沒有平板電容場(互相耦合場),分析原因可能是因為低阻抗間用高阻抗線互聯(lián),電位相當(dāng),形成不了電容(也請大家一起討論)。然后只考慮邊緣電容影響進行建模,取得了比較好的結(jié)果。所以糖葫蘆低通電路建模時主要考慮如何準確表達邊緣電容作用。
1.2、邊緣電容的獲取
邊緣電容產(chǎn)生于階梯不連續(xù)處,一般情況下糖葫蘆高低阻抗線的尺寸是固定的,可以在設(shè)計之初規(guī)劃好尺寸,階梯可以在HFSS中建立圖 3所示的模型,獲取模型的S2P文件,這個兩端口文件可以準確的描述高低阻抗級聯(lián)不連續(xù)處的各種效應(yīng)。然后將S2P文件帶入ADS的原理模型即可準確表達糖葫蘆低通原理。
圖2 階梯不連續(xù)的表達
2、糖葫蘆低通濾波器的設(shè)計實例
通過上面的介紹,糖葫蘆低通的設(shè)計步驟可以分為三步:
根據(jù)尺寸規(guī)劃高低阻抗線,仿真出高低阻抗階梯參數(shù)
ADS中建立糖葫蘆濾波器模型,得出三維仿真的參數(shù)
HFSS中建立三維仿真模型,驗證結(jié)果。
2.1、尺寸規(guī)劃,獲得不連續(xù)階梯的仿真數(shù)據(jù)
這里用15GHz的實例為例介紹該濾波器的設(shè)計過程,并驗證該方法的有效性。個人設(shè)定了一個模型參數(shù)見表格 1。
表格1 糖葫蘆濾波器關(guān)鍵尺寸規(guī)劃
根據(jù)表格1的數(shù)據(jù)建立一個圖 2所示的不連續(xù)階梯模型,仿真獲得階梯的S2P文件。
2.2、ADS中建立模型,獲得糖葫蘆關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)
根據(jù)前面的敘述,在ADS中建立模型見圖 4所示,不連續(xù)階梯用第一步仿真的S2P表示,在ADS中調(diào)整各參數(shù)使電路模型達到所需的理想響應(yīng)。詳細結(jié)果見圖 3所示。
圖3 ADS糖葫蘆模型及仿真結(jié)果
2.3、HFSS中建立模型,驗證設(shè)計結(jié)果
根據(jù)第二步獲得結(jié)果,在HFSS中建立圖 4所示的模型,經(jīng)過仿真結(jié)果非常理想,基本不需要在HFSS中優(yōu)化,證明了上述ADS中電路模型的正確性。
圖4 三維仿真模型及一次仿真結(jié)果
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原文標題:微波筆記·糖葫蘆低通濾波器的設(shè)計
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