HFSS高性能滤波器设计与仿真（附视频教程）

导读：实现射频带通滤波器有多种方法，如微带、腔体等。腔体滤波器具有Q值高、低插损和高选择性等特点，但存在成本较高、不易调试的缺点，并不太适合项目要求。而微带滤波器 具有结构紧凑、易于实现、独特的选频特性等优点，因而在微波集成电路中获得广泛应用。常用的微带带通滤波器有平行耦合微带线滤波器 、发夹型滤波器 、1/4波长短路短截线滤波器 、交指滤波器 等形式以及微带线的EBG (电磁带隙 )、DGS(缺陷地结构 )等新结构形式。而平行耦合微带带通滤波器具有体积小、重量轻、易于实现等优点。

一、平行耦合带通滤波器的基本原理

平行耦合带通滤波器带通滤波器是一种分布参数滤波器滤波器，它是由微带线或耦合微带线组成，其具有重量轻、结构紧凑、价格低、可靠性高、性能稳定等优点，因此在微波集成电路集成电路的供应商中，它是一种被广为应用的带通滤波器。滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内的频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。微波带通滤波器在无线通信系统通信系统中起着至关重要的作用，尤其是在接收机前端。滤波器性能的优劣直接影响到整个接收机性能的好坏，它不仅起到频带和信道选择的作用，而且还能滤除谐波，抑制杂散。

二、平行耦合带通滤波器结构与模型的创建

1、平行耦合带通滤波器原理

平行耦合单元由两根相互平行且有一定间距的微带线组成，其结构图包括介质层、接地层和微带线如图 3.3 所示。图中每根微带线的宽度和厚度分别为为 W 和t；两根微带线的间距为 S；介质层厚度和介电常数分别为 h 和 Er。两根微带线通过接底层产生了耦合效应，随之产生了奇模和偶模特征阻抗。平行耦合带通滤波器通过级联平行耦合线元件得到。

图2.1 平行耦合微带线结构图平行耦合带通滤波器的相对带宽 BW 与中心频率 、上边频 和下边频 有关，而奇模和偶模特征阻抗由低通滤波器参数 g、滤波器输入输出端口特征阻抗 Zo和耦合单元组成。可由以下公式得到：

式中

和

分别为奇模和偶模的特性阻抗，i,i 1表示耦合段单元。

2、平行耦合带通滤波器参数计算与设计

本节中所设计的平行耦合带通滤波器指标如下表所示：

根据表中滤波器指标，选择0.1dB纹波的切比雪夫滤波器来设计，阶数为5阶。对应低通滤波器原型参数可以通过查表获取：

那么依据公式可求得奇偶模特征阻抗，如表2.2所示。

同时可以使用ADS中的Linecalca工具可以通过奇偶模阻抗计算出耦合微带线的各节尺寸参数，每节耦合微带线尺寸如表2.3所示。

图2.2 耦合微带线计算工具

这里选用Rogers 5880T 高频板材来对滤波器进行设计，介电常数 损耗正切TanD=0.0009，导体层厚度T=0.035mm。原理图和S参数如图2.3和图2.4所示。

图2.3 ADS电路原理图

图2.4 ADS电路原理图仿真S参数曲线响应由图 2.4 可知，该带通滤波器中心频率为2.55GHz，插入损耗 S21满足指标，但回波损耗S11在2.5GHz低于15dB及阻带衰减都没有满足要求，显然无法满足滤波器指标，因此我们需要对平行耦合带通滤波器进行优化设计。

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HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略（附视频教程）

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