微波筆記·糖葫蘆低通濾波器的設(shè)計(jì)

微波筆記·糖葫蘆低通濾波器的設(shè)計(jì)從18年年初開始寫技術(shù)總結(jié)，不知不覺已經(jīng)到第10篇了。最開始寫的初衷是讓自己浮躁的內(nèi)心能夠安靜下來，通過這種技術(shù)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(chǔ)。堅(jiān)持寫了一段時(shí)間后就慢慢愛上了總結(jié)，通過寫作逼著自己把以前模棱兩可的認(rèn)知梳理清楚，自己也從這個(gè)過程中獲得了新的成長，也交到了很多朋友。讀過前面總結(jié)的朋友應(yīng)該可以發(fā)現(xiàn)我所有的總結(jié)均是想設(shè)法建立一種簡單，高效，準(zhǔn)確的電路模型來描述微波元器件，通過準(zhǔn)確的電路模型來獲取精確的三維電磁仿真參數(shù)，從而大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)加深對(duì)微波器件的認(rèn)知。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(jì)方法遵循高低阻抗線低通濾波器的設(shè)計(jì)原理，參見之前總結(jié)的《平面低通濾波器的設(shè)計(jì)》。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(zhǔn)確。這篇文章介紹一種簡單準(zhǔn)確的糖葫蘆低通的設(shè)計(jì)方法。所有源文件見：鏈接：/s/1Dtuw-yEpk_u6PvhXkTZ5WQ密碼：hwh71、糖葫蘆低通的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)及對(duì)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(jié)構(gòu)見圖1所示，當(dāng)頻率較低時(shí)，由于糖葫蘆長度較大，邊緣電容相對(duì)于低阻抗線的對(duì)地電容較小，所以簡單的高低阻抗級(jí)聯(lián)模型就可以準(zhǔn)確表達(dá)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(shí)，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(jí)聯(lián)電路模型變得不準(zhǔn)確。所以設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)，個(gè)人考慮了兩個(gè)因素影響：·

邊緣電容；·

糖葫蘆間的平板電容耦合；根據(jù)這個(gè)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(cuò)。認(rèn)真觀察了糖葫蘆低通濾波器工作時(shí)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?yàn)榈妥杩归g用高阻抗線互聯(lián)，電位相當(dāng)，形成不了電容（也請(qǐng)大家一起討論）。然后只考慮邊緣電容影響進(jìn)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(shí)主要考慮如何準(zhǔn)確表達(dá)邊緣電容作用。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(jì)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(gè)兩端口文件可以準(zhǔn)確的描述高低阻抗級(jí)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(zhǔn)確表達(dá)糖葫蘆低通原理。圖2、階梯不連續(xù)的表達(dá)2、糖葫蘆低通濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例通過上面的介紹，糖葫蘆低通的設(shè)計(jì)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(yàn)證結(jié)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(shí)例為例介紹該濾波器的設(shè)計(jì)過程，并驗(yàn)證該方法的有效性。個(gè)人設(shè)定了一個(gè)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

根據(jù)表格1的數(shù)據(jù)建立一個(gè)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(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(dá)到所需的理想響應(yīng)。詳細(xì)結(jié)果見圖3所示。圖3、ADS糖葫蘆模型及仿真結(jié)果3)、HFSS中建立模型，驗(yàn)證設(shè)計(jì)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