楊定坤，王文彬， 廖志豪，歐陽(yáng)林

(成都信息工程大學(xué)通信工程學(xué)院，四川 成都 610103)

0 引言

隨著信息時(shí)代的高速發(fā)展，濾波器過濾干擾、抑制雜散等作用在整個(gè)通信系統(tǒng)中也愈顯重要，微帶帶通濾波器因具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，體積小，成本低，易集成等優(yōu)點(diǎn)而成為研究的熱點(diǎn)，發(fā)夾型微帶濾波器相對(duì)于平行耦合微帶濾波器而言結(jié)構(gòu)更加緊湊，故而在實(shí)際的工程中應(yīng)用更廣，有著良好的應(yīng)用前景。

HFSS(High Frequency Structure Simulator)是由Ansys公司研發(fā)的世界上第一個(gè)商業(yè)化的全波三維電磁場(chǎng)仿真軟件，在射頻、微波、天線、高速電路等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 發(fā)夾型濾波器的設(shè)計(jì)

1.1 濾波器的階次

現(xiàn)以契比雪夫低通濾波器為原型設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為3.2 GHz，帶寬為300 MHz，帶內(nèi)衰減小于3 dB，帶外衰減在3.2 GHz處小于15 dB的微帶帶通濾波器，則通過以下公式計(jì)算出[1]：

(1)

(2)

Ωs=MIN(Ωs1，Ωs2).

(3)

(4)

式中，Ωs為歸一化截止頻率，fXU為上阻帶邊頻，fXL為下阻帶邊頻，LAr為通帶內(nèi)最大衰減，LAs為阻帶內(nèi)最小衰減。一般n值求出來(lái)為非整數(shù)，工程應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)對(duì)其取整再加1，故n=5。

1.2 品質(zhì)因數(shù)與耦合系數(shù)

由1.1中公式已求得n=5，若確定帶內(nèi)波紋為0.1 dB，則通過查契比雪夫低通元件值表可得出g0=g6=1，g1=g5=1.146 8，g2=g4=1.371 2，g3=1.975 0，則通過下列品質(zhì)因素公式與耦合系數(shù)公式[2]：

(5)

(6)

經(jīng)耦合矩陣?yán)碚摽梢缘玫降慕Y(jié)果如下：

q1=q5=3.823.

(7)

k1,2=k4,5=0.239.

(8)

k2,3=k3,4=0.182.

(9)

1.3 輸入輸出位置

為了保證濾波器良好阻抗匹配和功率承載能力，微帶線的特性阻抗可選擇50 Ω，聯(lián)合(5)式再根據(jù)輸入輸出位置的計(jì)算公式可得出[3]：

(10)

其中，m為輸入輸出位置，單位為mm；Zr為特性阻抗，q為品質(zhì)因數(shù)。

2 3D模型建立與仿真結(jié)果

對(duì)于基板材料，選擇具有電絕緣性穩(wěn)定，平整性好，加工誤差小等特點(diǎn)的FR-4環(huán)氧玻璃布層壓板，其相對(duì)介電常數(shù)為4.6，板厚為0.8 mm，計(jì)算微帶線物理尺寸時(shí)可應(yīng)用LineCalc工具輔助求解，由(7)～(10)式的計(jì)算結(jié)果綜合考慮，可以得出最終確定的尺寸參數(shù)如表1(單位：mm)。

表1 微帶線物理幾何參數(shù)

在確定物理幾何尺寸后，在HFSS軟件中建立的模型如圖1所示。

圖1 發(fā)夾型濾波器3D模型

在建立了模型后，即可通過電磁仿真來(lái)查看插損與回?fù)p，理論計(jì)算值一般會(huì)與實(shí)際有所差距，這可以通過HFSS中的Optimetrics控件來(lái)進(jìn)行篩選參數(shù)

組[4]，優(yōu)化仿真結(jié)構(gòu)，最終得到仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 濾波器回波損耗S11

3 結(jié)論

從圖2中看出在3.180 0 GHz處，s11=-15.077 2 dB；在3.394 5 GHz處，s11=-15.002 1 dB，帶寬約為215 MHz，比預(yù)設(shè)的帶寬200 MHz效果好，故設(shè)計(jì)成功。