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    詳解介質(zhì)波導雙模濾波器設計的一種方法

    發(fā)布時間:2018-04-17 來源:Eefocus 責任編輯:lina

    【導讀】隨著通信系統(tǒng)設備小型,輕量化,高性能的發(fā)展,對前端頻率選擇性器件也提出了更高要求。伴隨5G通信系統(tǒng)標準的逐步確定,高性能,小體積,輕量化的介質(zhì)波導濾波器時最佳選擇。
     
     
    前言:本文旨在介紹一種簡單的介質(zhì)波導雙模濾波器設計方法,用以指導濾波器工程師設計基站介質(zhì)波導濾波器。
     
    一、簡介
     
    隨著通信系統(tǒng)設備小型,輕量化,高性能的發(fā)展,對前端頻率選擇性器件也提出了更高要求。伴隨5G通信系統(tǒng)標準的逐步確定,高性能,小體積,輕量化的介質(zhì)波導濾波器時最佳選擇。
     
    本文介紹了一種介質(zhì)波導雙模濾波器的設計方法,供經(jīng)驗不多的濾波器設計工程師學習,高手跳過。
     
    二、介質(zhì)波導濾波器介紹
     
    本文講解的介質(zhì)波導濾波器,基于TE模的介質(zhì)波導雙模濾波器Q值高,損耗小,功率容量大等優(yōu)點。因此,在設計此類雙模濾波器時,以往的多端口計算設計方法是否可以沿用,是本文討論的重點。
     
    下圖為單諧振器中的四個模式:
     
     
    通過以上電場分布圖可以觀察到,單腔雙模,單腔三模可以自由選擇。在高次模出現(xiàn)的頻率點上,通過選擇介電常數(shù),與控制諧振腔尺寸,對高次模進行優(yōu)化。盡量拉遠高次模出現(xiàn)的頻率,減小對通帶的影響。
     
    三、設計過程
     
    3.1 多模濾波器的設計,通帶電性能的評估,和單模的評估是一樣的,只是在Q值的評估中,多模的Q值是要高于單模的,這個可以根據(jù)本征模的仿真中觀察到。下圖為一個雙腔4模濾波器的原理評估仿真結(jié)果:
     
     
     
    3.2 耦合帶寬以及輸入輸出QL
     

    3.3 HFSS中計算輸入輸出耦合
     
    在HFSS中計算輸入輸出耦合,可以用對位延時大小來初步確定輸入輸出耦合強弱。模擬中連接器探針的插入方向,需要順著某一個模式的電場方向。如下圖所示:
     
     
    在確定輸入輸出耦合時,因第二模式或者第三模式的影響,需要分離其他模式。此處因存在1,2模式之間的耦合,所以延時波形為雙峰。可以采取頻率分離的方法,減小第二模式對第一模式的影響。

    3.4 耦合帶寬與頻率的計算
     
    此處選擇多端口提取方法,在HFSS中提取諧振頻率,耦合帶寬儲值
     
     
    此處仿真時,需要特別注意端口的簡歷方式,需要順著電場的方向。在計算耦合帶寬時,能同時觀察到濾波器通帶諧波出現(xiàn)的頻率點,通過合理選擇耦合窗口的大小,開口方向,盡量降低高次模諧波幅度。
     
    3.5 濾波器通帶計算與優(yōu)化
     
     
    對高階多模濾波器的優(yōu)化計算,通常采用兩端口S參數(shù)提取方法,也有用空間映射,遺傳算法等。因此,合理的選擇優(yōu)化方法可以加快設計速度,節(jié)約時間,縮短濾波器開發(fā)周期。
     
    總結(jié):以上簡單介紹了一種多模介質(zhì)波導濾波器的設計過程,在5G通信系統(tǒng)中具有體積小,重量輕,性能優(yōu)等優(yōu)勢,相信在5G通信中的應用會更加廣泛。關于介質(zhì)波導濾波器的設計,歡迎各位交流。
     
     

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