超宽带交指滤波器的设计仿真(1.5-3.3GHz)
微波滤波器在通信系统中起着举足轻重的作用,今天主要跟大家分享如何设计一款相对带宽比在75%的腔体滤波器。主要利用HFSS的场仿真,结合参数提取方法带入Designer中进行电路仿真,最后整体仿真出可实际加工的一款滤波器,在射频电路中有着很多实际应用。
设计目标:
-Center Frequency:2400MHz
-Bandwidth: 1800MHz
-Rejection: >50dB@ 1000MHz, >50dB@ 3800MHz
-Insertion Loss: 0.5dB max
-Return Loss: >11dB
-Power Handling: 50W max
设计思路:
1、利用辅助软件分析设计目标以确定级数,我们常用CoupleFil来确定腔体级数及提取耦合参数,但这款滤波器由于相对带宽比为75%,如若再使用CoupleFil来查看波形,波形不具有参考性,这里我们使用Designer中滤波器自动仿真软件来分析设计指标。
2、HFSS里仿真单腔,确定谐振杆高度及Q值。
3、在HFSS里仿真抽头高度,以确定输出谐振杆高度及确定输出时延。
4、依据耦合参数,建模仿真谐振杆的间距。
5、导入Designer中验证。
设计步骤:
1、在Designer里分析设计指标可得,采用11级就可以满足设计指标,如下图:
级数为11阶时滤波器的响应
但我们还需要带入到CoupleFil中提取耦合系数,虽然CoupleFil中滤波器的响应曲线不具体参考性,但是耦合系数是没有任何问题的。
耦合系数值为:
MS,1 = 0.7523315477
M1,2 = 0.6196066011
M2,3 = 0.4398822503
M3,4 = 0.4083297056
M4,5 = 0.398050244
M5,6 = 0.3944810445
M6,7 = 0.3944810445
M7,8 = 0.398050244
M8,9 = 0.4083297056
M9,10 = 0.4398822503
M10,11 = 0.6196066011
2、在HFSS里仿真单腔,以确定谐振杆的高度,仿真可确定腔体高度为20mm,这里我们代入计算谐振杆值。
调整谐振杆的高度以使谐振频率在2.4GHz处,谐振杆高度为19.5mm。
3、滤波器工作频率为1.5-3.3GHz,带宽为1.8GHz,输出时延为0.35ns。依据时延值,我们建立模型调整谐振的高度以使用中心在2.4GHz处谐振,调整抽头高度以使时延值为0.35ns。
确定时延的模型
4、依据步骤1提取的耦合系数,建模仿真得出谐振杆的间距。
5、所有步骤完成后,我们还需要建立整体模型以验证准确性。
初步仿真后得到一个初步的波形:
可以看出滤波器的响应曲线不怎么好,这时就需要调整谐振杆调试以使频率在1.5-3.3GHz,然后使回波能有-11dB。
这里设置自动优化,设置目标如下:
-dB(S11)<-11dB@1.5-3.3GHz
优化后的波形如下:
总结:
1、交指滤波器在实现超宽带滤波器时具体较高优势。
2、最后仿真波形看出,此方法的正确性。
3、缺点就是建立整体模型时比较费时间。