发夹滤波器设计.pdfVIP

微带滤波器和耦合电路的设计、制作和测量 1 前 言 当今的微波设计师依赖许多工具来制作高效的电路和系统。他们要利用已有的参考资 料和强大的EDA 工具和电磁（EM）分析工具，还必须结合自己的实践经验来进行制作。 这些工作最终需要通过制作电路和测试完成的电路来实现。这篇文章描述了两个微带电路设 计是如何使用各种不同工具开发，用电路板铣制设备快速制作，然后经过测量来验证设计方 法的正确性。 样例中的设计是一个典型的带宽3.7 到4.2GHz 的发夹型滤波器和一个1 到8GHz 的定 向耦合器，使用Schiffman 锯齿技术减小尺寸。发夹型滤波器用Agilent ADS1.3 软件设计 和仿真，用Sonnet Lite 软件进行平面EM 分析。耦合器运用了基于设计规则的变换，有一 个现存的阶梯线形式的耦合器设计来启动。 两个电路都是用LPKF 光电股份有限公司的Protomat C100HF 型设备制作出来的，使 用HP(Agilent) 8753E 网络分析仪获得测量结果。 2 设计样例 3.7 到4.2GHz 的发夹型滤波器 2.1 设计 这个滤波器设计用于在3.7 到4.2GHz 的带宽上获得一个平坦的响应。插入损耗和回 波损耗在此频段优于16dB。这个滤波器用在下变频器输入端进行镜频抑制。该设计选用一 个典型的发夹型滤波器，它将能满足设计要求的性能和尺寸。 滤波器由ADS1.3 设计，图1 是结果图样。当然，这是一个熟悉的发夹型结构。滤波器 占用的面积约为500 x 1200 mils (0.5 x 1.2 in.)，包括用来保持恒定逻辑属性的发夹循环所 需的足够面积。 图2 是在ADS 中的设计和优化结构。这个拓扑形是中心对称的，所以设计成两段，由 一个“背靠背”结构连接。由于数学方面上的结构尺寸减小，计算时间被大大缩减。 图2，在ADS 中的设计和优化结构。滤波器以两个镜像的图形块进行仿真，以实现 对称结构 建立优化来获得在通带3.55 至4.4GHz 的最小16dB 的回波损耗，在3.2GHz 以下和 4.7GHz 以上最小28dB 的阻带衰减。优化的频率范围是3.0-5.0GHz 。更宽范围不要求获得 预想的结果。 点击看原图 图3，对最终设计的ADS 仿真定义。仿真性能和滤波器图样都出自于这里的数据 图3 显示了每一个“半滤波器”的ADS 最终设计，包括端口、微带线、T 形、弯曲和短 凸形。注意短凸形的末端的0.1pF 电容，说明具有末端效应（边缘电容）。图1 的也有它 们的显示。 图4 ，仿真结果。 （a ）全程响应；（b）通带响应和插入损耗；（c ）回波损耗；（d ）Smith 阻抗图 图4 是模型化的性能显示。包括通带、阻带特性、回波损耗结果以及输入/输出阻抗的Smith 图。这些图表说明ADS 模型满足滤波器的设计标准。 2.2 EM 分析 图5 是滤波器尺寸的详图。设计的数据使用Sonnet 软件公司的Sonnet Lite 平面电磁场软 件进行电路分析。 图5，滤波器的详细尺寸。 图6 是EM 分析结果。通带的响应比ADS 预期的稍稍窄一些，但是如果制作出来的电路 性能满足分析的话，仍将覆盖3.7 到4.2GHz 的带宽。通带的平坦性非常接近ADS 模型。 回波损耗的响应在通带上比ADS 仿真的对称性稍差一些。但仍能保持16dB 或更好。 2.3 制作一个测试滤波器 为了比较发夹型滤波器设计模型和现实副本的性能，就要用电路板刻制机在一块典型的微波 基板上制作一个测试滤波器。（使用LPKF 光电股份有限公司的Protomat C100HF 型设备， 参见副文） 用ADS 的设计图样数据（图1）生成刻制机必要的驱动文件。图形的尺寸直接由ADS 导 入LPKF 软件。图7 是电路板的制作图样。 电路板按照设计图样铣制出来，安装了连接器 后，经由HP 8753E 网络分析仪测试。图8 是滤波器样品电路板的性能(S21)和回波损耗 (S11)，图表中每小格代表5dB，显示了在整个通带及阻带的性能状况，最低达到-45dB 。 图9 和图8 一样，只是通带以每小格1dB 来显示通带的平坦性。回波损耗仍然以每小格5dB 显示。测试显示与模型非常一致。通带比ADS 预期的稍微窄一些，