【無線射頻電路】-微波筆記·糖葫蘆低通濾波器的設計

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----微波筆記·糖葫蘆低通濾波器的設計從18年年初開頭寫技術總結，不知不覺已經(jīng)到第10篇了。最開頭寫的初衷是讓自己浮躁的內(nèi)心能夠?qū)庫o下來，通過這種技術溝通的方式拓展更多的行業(yè)伴侶，為自己將來的進展奠定些基礎。堅持寫了一段時間后就漸漸愛上了總結，通過寫作逼著自己把以前模棱兩可的認知梳理清晰，自己也從這個過程中獲得了新的成長，也交到了許多伴侶。

讀過前面總結的伴侶應當可以發(fā)覺我全部的總結均是想設法建立一種簡潔，高效，精確?????的電路模型來描述微波元器件，通過精確?????的電路模型來獵取精確的三維電磁仿真參數(shù)，從而大大縮短設計時間，同時加深對微波器件的認知。

糖葫蘆低通濾波器結構簡潔，插損小，功率容量較高，是同軸線低通的最常見形式。糖葫蘆低通的設計方法遵循凹凸阻抗線低通濾波器的設計原理，參見之前總結的《平面低通濾波器的設計》。但由于糖葫蘆低通屬于三維結構，糖葫蘆低阻抗線的邊緣電容無法法忽視，直接使用凹凸阻抗互聯(lián)模型給出的凹凸阻抗線長度尺寸不夠精確?????。這篇文章介紹一種簡潔精確?????的糖葫蘆低通的設計方法。全部源文件見：鏈接：https://pan.baidu/s/1Dtuw-yEpk_u6PvhXkTZ5WQ密碼：hwh7

1、糖葫蘆低通的設計挑戰(zhàn)及對策

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構見圖1所示，當頻率較低時，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，所以簡潔的凹凸阻抗級聯(lián)模型就可以精確?????表達出糖葫蘆的三維電磁仿真參數(shù)。但當糖葫蘆應用到較高頻率時，由于尺寸縮小，邊緣電容作用漸漸加大，變得不行忽視，如圖1所示的簡潔的凹凸阻抗級聯(lián)電路模型變得不精確?????。所以設計時必需考慮低阻抗線邊緣電容的影響。

圖1、典型的糖葫蘆低通結構及原理

最開頭分析糖葫蘆低通設計時，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；

依據(jù)這個思路建立了模型仿真，出來的結果頻率偏高，但駐波還不錯。仔細觀看了糖葫蘆低通濾波器工作時的場型分布圖1所示，發(fā)覺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（相互耦合場），分析緣由可能是由于低阻抗間用高阻抗線互聯(lián)，電位相當，形成不了電容（也請大家一起爭論）。然后只考慮邊緣電容影響進行建模，取得了比較好的結果。所以糖葫蘆低通電路建模時主要考慮如何精確?????表達邊緣電容作用。

2)、邊緣電容的獵取

邊緣電容產(chǎn)生于階梯不連續(xù)處，一般狀況下糖葫蘆凹凸阻抗線的尺寸是固定的，可以在設計之初規(guī)劃好尺寸，階梯可以在HFSS中建立圖3所示的模型，獵取模型的S2P文件，這個兩端口文件可以精確?????的描述凹凸阻抗級聯(lián)不連續(xù)處的各種效應。然后將S2P文件帶入ADS的原理模型即可精確?????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計實例

通過上面的介紹，糖葫蘆低通的設計步驟可以分為三步：

依據(jù)尺寸規(guī)劃凹凸阻抗線，仿真出凹凸阻抗階梯參數(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，驗證結果。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計過程，并驗證該方法的有效性。個人設定了一個模型參數(shù)見表格1。

表格1、糖葫蘆濾波器關鍵尺寸規(guī)劃

同軸外徑50內(nèi)徑高阻內(nèi)徑低阻內(nèi)徑低阻2尺寸4.7mm2mm1mm3.6mm3mm阻抗5092.81625

依據(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)、ADS中建立模型，獲得糖葫蘆關鍵尺寸數(shù)據(jù)

依據(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抱負響應。具體結果見圖3所示。

圖3、ADS糖葫蘆模型及仿真結果

3)、HFSS中建立模型，驗證設計結果

依據(jù)其次步獲得結果，在HFSS中建立圖4所示的模型，經(jīng)過仿真結果特別抱負，基本不需要在HFSS中優(yōu)化，證明白上述ADS中電路模型的正確性。

圖4、三維仿真模型及一次仿真結果

附：

我始終沒有弄清晰為什么考慮了低阻抗間的耦合電容后模型反而不精確?????。