基于HFSS與ADS結合的微波濾波器設計

基于HFSS與ADS結合的微波濾波器設計

蘇州建設交通高等職業技術學校 陶世懷

【摘要】基于HFSS與ADS結合的微波濾波器設計方法是利用HFSS進行濾波器建模，并結合ADS進行曲線仿真，本文給出了具體的設計實例，并給出部分器件的仿真結果、實物和測試結果。所設計的濾波器具有：結構緊湊、性能優良以及研制周期短等優點，并已經投入實際的工程應用。

【關鍵詞】HFSS；ADS；微波；濾波器

抽頭式交指線微波濾波器具有較多優良特性：結構緊湊、結實，可靠性好；諧振器間的間隔較大，對加工精度要求不高；一般在沒有電容加載情況下，諧振桿的長度近似為λ0/4，第二通帶的中心在3ω0上，也有較好的阻帶特性；另外，在ω=0和ω=ω0的偶數倍上，具有高次衰減極點，因而阻帶衰減和截止率都比較大；既可以作為印刷電路形式，又可以用較粗的桿作成自行支撐，而不用介質?；谏鲜觯恢感蜑V波器的諧振器既可用矩形桿，也可用圓桿實現。下面給出利用矩形桿的微波濾波器的設計實例。

經過多位高工的研討，本微波實訓平臺設計的濾波器主要是針對前級的天線而來的，即要實現最后的級聯。所以有必要闡述下前級的天線的具體規格：

設計的天線是在2.36GHz附近工作，而我在這里設計的濾波器目的是針對移動通信設計，所要求帶寬較窄，令帶寬在50MHz左右，符合天線能提供的范圍。濾波器使用的基板參數還是εγ=9.6，H=1.27mm，此時基板上傳輸線的阻抗50W。

根據實訓教學的需要及制作成本等因素，確定如下參數：

中心頻率f0=2.36GHz；

帶寬為Δf=50MHz～70MHz（計算按50MHz）；

帶內插損Lp≤3dB；帶內駐波ρ≤2；

帶外抑制在f0±0.05GHz處Ls≥20dB；

體積要求V≤20×30×100（mm3）輸入輸出方式SMB。

參考上述的指標，采用交指線濾波器設計。濾波器設計過程中，首先利用等效電路法給出濾波器抽頭單元和內部結構的初值，利用HFSS仿真軟件對抽頭單元進行精確分析，并進行濾波器結構性的建模，然后結合ADS，利用Passive circuit DG-filters模型中的interdigita進行曲線仿真。

濾波器的階數取為n=7，帶內取0.01dB切比雪夫等波紋設計，諧振桿的長度取為λ0/4略短些，設計中，采用了矩形桿結構，下面將矩形桿結構的最終參數值列十表5-4中，并給出了矩形桿仿真結果。

則低通原型元件值查表（見表1）

可得g0=g8=1；g1=g7=0.7969；g2=g6= 1.3924；g3=g5=1.7481；g4=1.6331；。

利用等效電路分析方法可以給出抽頭線的設計初值，但是只能給出抽頭線距離諧振器接地端的長度，即ι=3.3mm，抽頭結構濾波器的設計中抽頭線高度和抽頭線到第一諧振器的長度S01對整體性能影響都比較大，利用有載品質因數的參數提取方法所得到的結果會更準確些。

根據交指型濾波器的公式和濾波器帶寬FBW的要求，計算相關參數：

有載品質因數的理論計算值：代入參數值可以求得Ωe為18.8。

經過計算，矩形桿結構尺寸如表2所示：

其中，W為矩形桿的寬度，Si，j+1為桿間的邊緣距離，Pi為諧振桿的高度（略小λ/4，l為抽頭線距短路端的長，S01為第一諧振桿距邊緣的長度，t和h分別是諧振桿和腔體的厚度，而且腔體總高為35mm。

根據以上參數利用HFSS進行結構性仿真，仿真結構圖如圖1所示，結合ADS進行曲線仿真，仿真響應曲線圖如圖2所示。

圖3和圖4分別給出矩形桿結構的濾波器的實物照片和測試結果

在調試中也采用了螺釘調整頻率和帶寬。從測試結果可以看出，通帶性能較好，插損小于3.0dB，駐波系數在20dB左右，都滿足了濾波器的設計要求。

參考文獻

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作者簡介：陶世懷（1973—），男，湖北孝感人，電子通信專業碩士，講師，蘇州建設交通高等職業技術學校商貿管理系主任，主要從事物流信息研究。