利用CAD/EDA工具設計2.6GHz帶寬的微帶發夾濾波器

對于當今的無線通訊行業而言，CAD/EDA工具是無線產品設計周期必不可少的部分。這些工具實際上體現了設計工程師對設計及上市周期的關注。CAD/EDA工具只有做到準確模擬和易于使用，才能使得設計工程師們達到最好的效率。

本文討論了一種2.6GHz微帶發夾式帶通濾波器的設計，這個設計是利用Ansoft公司Serenade設計環境中的Harmonica電路級模擬器完成的。設計結果通過Serenade的布線工具S2A，被導出到Ansoft的Ensemble(2.5維平面電磁模擬器)以及LPKF樣品板制作應用程序。這個設計實例的主要目的是把Serenade的模擬結果與Ensemble的模擬結果以及實測數據進行比較。

表1總結了這個設計實例中用到的所有CAD/EDA工具。注意所有的工具都在PC上使用。

表1. 濾波器設計中使用的CAD/EDA工具。

濾波器設計

我們使用了一種四片式微帶發夾式濾波器結構來實現響應中心值為2.6GHz，帶寬為3dB(約為280MHz)的帶通式濾波器。最初的設計通過Serenade桌面的原理抓取器輸入(見圖1)，該設計使用了Harmonica的微帶分布元件庫。

Harmonica分布庫模型包含了一種多耦合線元件(MCPL)模型，這個模型可以用來設計發夾濾波器的耦合部分。MCPL使用了一個全波頻域算法，能夠在任意給定的頻率范圍，準確計算任意線寬，間隔和組合的多達20條的耦合線的電氣特性。在圖1所示原理圖中，MCPL元件是圖中居中的八條耦合線。

圖1 Serenade中的微帶發夾式濾波器的原理圖。

發夾式濾波器的轉折部分表示成子電路(“U”型符號)，它包括直的傳輸線部分以及轉彎的連接部分。由于沒有為濾波器指定屏蔽區域，所有的輻射效應都應被納入考慮的范圍。Harmonica和Ensemble兩個模擬器都是這樣做的。基材選擇了Rogers TMM-4。它的相關規格祥見表2。

表2 Rogers TMM-4基材規格

濾波器的尺寸經過優化，以實現需要的帶通波段。由于MCPL元件能夠模擬任意的線寬和線距組合，通過優化參數，我們保留了濾波器的對稱性設計。

濾波器制作

濾波器在Harmonica中經過了再三優化之后，其拓撲結構就可以被輸出成設計圖樣。Serenade的桌面菜單中包含了一項S2A布線工具，打開它之后，它會自動根據之前的原理圖生成設計圖。

圖2 由Serenade圖案設計軟件生成的設計圖.

隨后，利用S2A，我們可以生成一個DXF文件。這個文件被導入到LPKF CircuitCAM中，經過簡單處理之后，生成雕刻機應用軟件LPKF BoardMaster能夠識別的加工文件。CircuitCAM是用來在導線間生成絕緣溝道，同時對設計圖進行檢查和編輯的工具。圖3展示了CircuitCAM的處理結果。最終的設計圖樣被輸入到LPKF ProtoMat 95s系統中(圖4)，準備加工。

圖3 LPKF的CircuitCAM程序生成的切割軌跡