微波筆記·糖葫蘆低通濾波器的設計

微波筆記·糖葫蘆低通濾波器的設計從18年年初開始寫技術總結，不知不覺已經到第10篇了。最開始寫的初衷是讓自己浮躁的內心能夠安靜下來，通過這種技術交流的方式拓展更多的行業(yè)朋友，為自己未來的發(fā)展奠定些基礎。堅持寫了一段時間后就慢慢愛上了總結，通過寫作逼著自己把以前模棱兩可的認知梳理清楚，自己也從這個過程中獲得了新的成長，也交到了很多朋友。讀過前面總結的朋友應該可以發(fā)現我所有的總結均是想設法建立一種簡單，高效，準確的電路模型來描述微波元器件，通過準確的電路模型來獲取精確的三維電磁仿真參數，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。糖葫蘆低通的設計方法遵循高低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，直接使用高低阻抗互聯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計方法。所有源文件見：鏈接：/s/1Dtuw-yEpk_u6PvhXkTZ5WQ密碼：hwh71、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，所以簡單的高低阻抗級聯模型就可以準確表達出糖葫蘆的三維電磁仿真參數。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電路模型變得不準確。所以設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構及原理最開始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；根據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。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，電位相當，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。2)、邊緣電容的獲取邊緣電容產生于階梯不連續(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：·

根據尺寸規(guī)劃高低阻抗線，仿真出高低阻抗階梯參數

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ADS中建立糖葫蘆濾波器模型，得出三維仿真的參數

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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)階梯的仿真數據這里用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內徑高阻內徑低阻內徑低阻2尺寸4.7mm2mm1mm3.6mm3mm阻抗5092.81625

根據表格1的數據建立一個圖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據根據前面的敘述，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中調整各參數使電路模型達到所需的理想響應。詳細結果見圖3所示。圖3、ADS糖葫蘆模型及仿真結果3)、HFSS中建立模型，驗證設計結果根據第二步獲得結果，在HFSS中建立圖4所示的模型，經過仿真結果非常理想，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果附：我一直沒有弄清楚為什么考慮了低阻抗間的耦合電容后模型反