集成式濾波器設計

摘 要：本文介紹了一種在PCB電路上實現高性能腔體濾波器的方法。通過空氣直接耦合使腔體濾波器直接安裝在PCB電路上，該方式既保證了腔體濾波器的高Q特性，又提高了安裝的可靠性，同時大幅提高混合電路的集成性能。

關鍵字：腔體濾波器 表貼安裝 PCB

中圖分類號：TH772.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0110-02

在微波通信系統中，結構緊湊和性能良好的濾波器對系統指標的提高起著關鍵性的作用。腔體濾波器具有高帶外抑制，低損耗等特點，被廣泛應用于微波混合集成電路當中。平面濾波器的損耗、帶外抑制及帶內平坦度相對腔體濾波器來說還較差，往往應用于一些指標要求不太嚴格的電路當中。隨著現代PCB電路制造工藝水平的提高，PCB電路的工作頻段越來越高，對高性能濾波器的需求也越來越迫切。特別是在微波多層印制板電路當中，腔體濾波器的使用往往還是需要額外加載板及電纜來進行焊接，這樣既增大了電路的體積，也不利于電磁兼容。

本文介紹了一種新穎的設計方式，可以實現腔體濾波器與PCB電路的直接安裝。該方式既減小了整個電路的體積也保證了濾波器的高性能。

1 設計方法

具體的梳線及交指濾波器設計方式見[2]。傳統的終端短路交指腔體濾波器設計中，信號的輸出通過探針焊接在輸入輸出端諧振桿端頭上來實現。在本文的設計當中，探針變為在輸入輸出諧振器下方，方向相同的50Ω阻抗傳輸線。圖1為濾波器截面圖。

如圖1所示，在梳線抽頭輸出濾波器結構當中，探針在第一和最后一個諧振桿上側面的位置決定了輸出短有載Q值的大小。同樣，由于輸出端有載Q值較內部高Q值諧振桿來說較低。同樣也可以用印制電路來代替。圖3為抽頭輸出方式的俯視圖。

2 設計實例

根據以上的設計思路，下面以濾波器的設計實例來說明該設計方式的可行性。其中單層PCB電路材料為RO4003C，介電常數：3.38，厚度：0.508 mm。

濾波器指標：

通帶：7850 MHz～8150 MHz。

插損：不大于2.5 dB。

帶內波動：不大于1 dB。

帶外抑制：不小于30 dB（偏移帶邊200 MHz）。

同樣我們采用HFSS軟件和Ansoft Designer軟件進行電磁場及電路聯合仿真。其仿真模型如圖3所示，測試結果如圖4所示。

從以上濾波器設計實例可以看出。通過電磁場電路仿真結合，將電路整體模型進行仿真。仿真結果與實測結果基本吻合。實際測試結果表明，通過該方式設計出的腔體濾波器完全可以滿足工程實用要求。

3 結論

本文從工程實用性角度出發，通過改進腔體濾波器輸出耦合方式，使其更易于安裝在PCB電路上。測試結果表明這種設計方式具有較高的準確性，易于調試，可生產性強。

通過改進后的腔體濾波器，在保證了其高性能的前提下，提高了其在PCB電路上使用的可生產性和可靠性，減少了電纜焊接及載板安裝，提高了微波多層印制電路板電磁兼容特性。

參考文獻

[1]甘本拔，吳萬春.現代濾波器結構與設計[M].北京科學出版社，1973.

[2]A NOVEL APPROCH FOR INTEGRATING HIGH-Q BAND-PASS FILTERS INTO MICROWAVE INTEGRATED CIRCUIT ASSEMBLES[M].Gerald E.Johnson and Michael D.Medley IEEE，1993.