引言
在現(xiàn)代微波通信系統(tǒng)中,,帶通濾波器" title="濾波器">濾波器是使由上邊頻和下邊頻確定的頻帶內(nèi)的信號(hào)通過(guò),,而對(duì)頻帶以外的信號(hào)進(jìn)行抑制的重要功能器件。它應(yīng)用廣泛,,結(jié)構(gòu)類型繁多,。微帶線平行耦合帶通濾波器是較為常見的一種微波帶通濾波器。近年來(lái),,微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜,,對(duì)微波濾波器的指標(biāo)要求也越來(lái)越高,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)的需要,,使用微波EDA軟件工具進(jìn)行微波元器件與微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì),,已經(jīng)成為微波電路設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。Serenade是一種功能強(qiáng)大的微波電路系統(tǒng)仿真軟件,。應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)法,,結(jié)合Serenade軟件進(jìn)行仿真、優(yōu)化" title="優(yōu)化">優(yōu)化,,能夠克服理論分析精度低的缺點(diǎn),,且使設(shè)計(jì)周期縮短、設(shè)計(jì)成本降低,。
設(shè)計(jì)過(guò)程
濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為:
中心頻率fc:3GHz;
帶寬:2 0%,,即0.6 G H z,2.7GHz~3.3GHz:
通帶內(nèi):S2l>-2dB,,S11<-20dB;
帶外抑制:頻帶兩端±fc×20%,,(即2.4GHz和3.6GHz)處,S21≤-25dB;
帶內(nèi)波紋:0.2dB。
具體設(shè)計(jì)步驟如下:
1.選擇標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器參數(shù)在3.6GHz處,,歸一化頻率
=1.833,。指標(biāo)要求在Ω=1.833處達(dá)到-25dB的抑制,經(jīng)過(guò)查表和綜合考慮,,確定濾波器節(jié)數(shù)N=5,。查表可知,0.2dB波紋的標(biāo)準(zhǔn)5節(jié)切比雪夫?yàn)V波器歸一化參數(shù)為:
2.計(jì)算歸一化帶寬
3.根據(jù)歸一化帶寬和標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器參數(shù)計(jì)算奇模,、偶模特性阻抗Zo和Zo
取Zo=50Ω,。首先根據(jù)公式計(jì)算下列參數(shù):
計(jì)算得:
這些參數(shù)代人下列公式可計(jì)算Zo和Ze:
計(jì)算得
4.確定耦合微帶線的原始尺寸
選擇PCB板材料,介質(zhì)基片的相對(duì)介電常數(shù)為εr=4.2,,厚度h=1.5mm,,封裝高度HU=100mm,每一段耦合微帶線的電長(zhǎng)度為90°,。用Serenade軟件中的工具TRL,,設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),可以計(jì)算耦合微帶線的原始尺寸W,、S,、P。
5.應(yīng)用Serenade進(jìn)行仿真和優(yōu)化
在Serenade中建立濾波器的電原理圖,,如圖1所示,。
需要注意的是,如果耦合微帶線的尺寸小于0.1mm,,將使光刻誤差過(guò)大,,而且工藝很難實(shí)現(xiàn),在設(shè)計(jì)中,,這種情況應(yīng)該避免,。如果出現(xiàn)尺寸過(guò)小的情況,應(yīng)該重新優(yōu)化,,或者采用阻抗變換的方法(如可重新選擇Z0=70Ω來(lái)解決問(wèn)題,。所以,必須對(duì)優(yōu)化后的尺寸進(jìn)行檢查,。結(jié)果表明,,優(yōu)化尺寸滿足工藝要求。最終的優(yōu)化尺寸如下:
結(jié)語(yǔ)
Serenade仿真軟件具有豐富的微波元件模型和精確的數(shù)值分析算法,,對(duì)微波電路的仿真分析非常方便,、快速和直觀,,利用它可以迅速地把設(shè)計(jì)思想表現(xiàn)出來(lái)并給以驗(yàn)證,、改進(jìn)和實(shí)現(xiàn)。對(duì)以上進(jìn)行的分析和優(yōu)化工作,如由人工來(lái)完成是非常困難的,,不僅費(fèi)力,,也難得到滿意的結(jié)果。如以設(shè)計(jì)者自行編寫程序的方式進(jìn)行分析和優(yōu)化,,工作量同樣是巨大的,,體現(xiàn)在對(duì)模型的建立、算法的選擇和數(shù)據(jù)的處理等方面,,都是得不償失的,。而Serenade仿真軟件提供了一個(gè)優(yōu)秀的仿真設(shè)計(jì)平臺(tái),設(shè)計(jì)者可以把精力集中在專業(yè)的內(nèi)容上,,而不必為具體的編程花費(fèi)精力,,因而大大提高了工作效率。