基于HFSS與ADS的微波濾波器設計及仿真

抽頭式交指線微波濾波器具有較多優(yōu)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(shù)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(xiàn)。下面給出利用矩形桿的微波濾波器的設計實例。

經(jīng)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(xiàn)最后的級聯(lián)。所以有必要闡述下前級的天線的具體規(guī)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(shù)還是εγ=9.6,H=1.27mm,此時基板上傳輸線的阻抗50W.

根據(jù)實訓教學的需要及制作成本等因素，確定如下參數(shù)：

中心頻率f0=2.36GHz;帶寬為Δ f = 5 0 M H z ~ 7 0 M H z ( 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(shù)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(shù)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g 0= g 8= 1;g 1= g 7= 0 . 7 9 6 9;g 2= g 6=1.3924;g3=g5=1.7481;g4=1.6331; 1 '= 1ω .

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(shù)的參數(shù)提取方法所得到的結果會更準確些。

根據(jù)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(shù)：

經(jīng)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.