1.平面低通濾波器簡介
隨著現(xiàn)在微波鏈路越來越高頻化,小型化,直接在鏈路中集成低通的現(xiàn)象越來越普遍。同時很多芯片化的低通也大都是在高介電陶瓷片上實現(xiàn)的微帶濾波器。陶瓷片型的芯片電容,電感,均衡器都需要用到平面低通的設(shè)計概念。
常見的低通濾波器在ADS中的模型及結(jié)構(gòu)形式見圖1。
圖1 常見的平面結(jié)構(gòu)低通濾波器
三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點對比見表 1,通常對要求比較高的設(shè)計時可綜合三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點進行折中設(shè)計。
表 1 三種結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點對比
2.平面低通濾波器設(shè)計的理論基礎(chǔ)
本次總結(jié)的理論基礎(chǔ)來源于《Microstrip Filters for RF and Microwave Applications 2001》第4/5章,核心理論為圖2的高低阻抗線等效電路。結(jié)論是:一段高阻抗線可以等效為電感,一段低阻抗線等效為一個到地電容。(如果理解傳輸線的特征阻抗用微分形式的集總參數(shù)表示為sqrt(L/C),高阻L一定很大,低阻C一定很大,就可以比較形象的理解此等效原理。)
圖2 高低阻抗線等效電路
3.平面低通設(shè)計實列
一個平面低通遵循下列設(shè)計步驟。
1)規(guī)劃高低阻抗線阻抗,高阻受限于線條加工能力和功率容量,一般小功率應(yīng)用可以取到0.15mm,低阻寬度受到濾波器尺寸限制,受到長寬比限制。(一般高低阻抗比例越大,寄生通帶越遠,但寄生通帶遠也意味著近端抑制會差,所以設(shè)計時可靈活配置各枝節(jié)阻抗,達到寄生通帶和矩形系數(shù)的均衡)
2)ADS建模仿真獲取初始電磁仿真參數(shù)
3)電磁仿真驗證優(yōu)化
本例用一個10GHz的平面低通作為實例,為了方便采用混合結(jié)構(gòu)形式。
1) 規(guī)劃高低阻抗線
高低阻抗規(guī)劃要折衷級數(shù)/尺寸以及電性能,在實際設(shè)計中有迭代過程。高低阻抗計算有很多工具,這里推薦一個:polar SI9000(可以百度自行搜索),傳輸線特性參數(shù)計算非常實用的工具。本例中高阻選取加工極限0.15mm,低阻折中尺寸和寄生通帶選取1mm寬,通過圖 3計算可以得到1mm線寬的特性參數(shù)(特征阻抗和有效介電常數(shù))為:
W=1mm Z=33歐 Er=(2.98/2.16)^2=1.90 (光速比相速的平方)
W=0.15mm Z=96歐 Er=1.69
圖3 傳輸線阻抗計算
2) ADS建模