7、微带低通滤波器

现代微波电路和器件设计7、微带低通滤波器苏涛西安电子科技大学，电子工程学院2008年春通常，微带低通滤波器设计包括两个步骤：一是由具体指标得到滤波器低通原型；二是对滤波器集总元件采用微带形式近似实现。半集总元件的微带低通滤波器。根据集总元件微带实现的形式不同，分为几种常用类型：高低阻抗线LC阶梯型微带低通滤波器开路短截线LC阶梯型微带低通滤波器具有有限频率衰减极点的微带低通滤波器本节部分内容摘自MicrostripFiltersforRF/MicrowaveApplications.Jia-ShengHong,M.J.Lancaster半集总元件微波滤波器1.高低阻抗线LC阶梯型微带低通滤波器2.开路短截线LC阶梯型微带低通滤波器——MicrowaveOfficeCAD3.具有有限频率衰减极点的微带低通滤波器１、高低阻抗线LC阶梯型微带低通滤波器高低阻抗线LC阶梯型微带低通滤波器及其等效电路与前面介绍的半集总元件微波滤波器原理相同。•尺寸小（准TEM模，相对介电常数大于1）•高阻抗线近似串联电感；低阻抗线近似并联电容；值由短截线特性阻抗和长度决定；•Z0CZ0Z0L，其中Z0C和Z0L分别是高低阻抗线特性阻抗；Z0是源/负载特性阻抗，一般为50欧姆；•Z0C越小，短截线越宽，近似效果越好；但要线宽不能使横断谐振频率落在工作频带内；•Z0L越大，短截线越窄，近似效果越好；但要注意线不能太细，导致加工困难和影响线的载流能力。设计实例：截至频率：1GHz带内波纹：0.1dB（即回波损耗小于-16.42dB）源/负载阻抗：50欧姆1、低通原型设计3阶Chebyshev归一化原型g0=g4=1g1=g3=1.0316g2=1.147反归一2、微带实现•选定介质基板：相对介电常数10.8，厚度1.27；•选定高低阻抗：93欧姆，24欧姆•在介质频率1GHz下计算微带宽度计算微带短截线的长度，不考虑低阻抗线的串联电感和高阻抗线的并联电容得到高阻抗线长11.04mm，低阻抗线长9.75mm如果考虑低阻抗线的串联电感和高阻抗线的并联电容，公式为解得高阻抗线长9.81mm，低阻抗线长7.11mm注意：仍然没有计及高低阻抗不连续性影响！MicrowaveOfficeWelcometoMicrowaveOffice,apowerfuldesignandanalysistoolforautomatingthehighfrequencydesignprocess.UniquetoMicrowaveOfficeisitsfullyintegratedsolution,whichallowsyoutotakedesignsfromconcepttoproductionwithouteverleavingtheMicrowaveOfficedesignenvironment.YouuseMicrowaveOffice'sintuitivegraphicalinterfacetodesigncircuitscomposedofschematicsandelectromagnetic(EM)structuresfromanextensiveelectricalmodeldatabase,andthengeneratelayoutrepresentationsofthesedesigns.YoucanperformsimulationsusingoneofMicrowaveOffice'ssimulationengines--alinearsimulator,anadvancedharmonicbalanceorVolterra-seriesnonlinearsimulator,ora3D-planarEMsimulator(EMSight)--anddisplaytheoutputinawidevarietyofgraphicalformsbasedonyouranalysisneeds.Youcanthentuneoroptimizethedesignsandyourchangesareautomaticallyandimmediatelyreflectedinthelayout.1、建立新的CircuitSchematics2、选择并设定介质基板介质基板设定3、加入微带“元件”，构成电路注意：连接、端口、参数修改介绍一个微带线计算工具4、设定频率范围，观察参数曲线频率范围窗口观察参数曲线4、计算注意：有一个警告！观察曲线S21与文献中结果对比5、导出板图6、导入板图并设置微带板三维视图设置端口7、计算出现警告！结果也不对！两个怀疑：1、高低阻抗线的宽度比值问题2、结构边界问题边界设定为PEC，离微带线太近了。宽度由4改为8.微带线移至中间选中全部拖动按Tab键，输入距离再次计算，仍有警告！注意。但结果可以接受。电路板级仿真2、开路短截线LC阶梯型微带低通滤波器低阻抗短截线——并联电容并联开路短截线——并联电容延用前面的例子，设定相同；重点介绍不同的地方代替电感和电容的短截线长度分别为：11.07和8.41mm为了补偿与高阻抗线的两个连接处的非理想电纳，并联开路短截线的长度应该修正为：6.28mm再考虑补偿开路端的非理想效果：根据相关计算，减去0.5mm，最终并联开路短截线长度为5.78mm开路短截线低通MWO原理仿真再次适用MWO仿真计算：注意：点击微带板视图，观察并调整元件位置原理电路和微带板仿真结果•高低阻抗微带低通和开路短截线微带低通仅仅是并联电容短截线近似不同；具有相同的低通原型，相近的响应波形等；•短截线近似仅仅适用于一定的频带，低通滤波器中截至频率附近；•分布参数半集总元件滤波器的周期性•两个低通具有不同的带外特性，开路短截线低通滤波器带外抑制很宽，并具有极点极点频率下，并联开路短截线大约四分之一波长，即短路接入为了提高带外抑制特性，可以提高滤波器阶数，或采用其它的技术，比如DGS（缺陷地面结构，DefectedGroundStructure）《一种新型SRR缺陷地面结构低通滤波器》，吴边，李斌、梁昌洪3、具有有限频率衰减极点的微带低通滤波器原理设计步骤要素与前面形式的关系