前言:本文旨在介紹一種簡(jiǎn)單的介質(zhì)波導(dǎo)雙模濾波器設(shè)計(jì)方法,用以指導(dǎo)濾波器工程師設(shè)計(jì)基站介質(zhì)波導(dǎo)濾波器。
一、簡(jiǎn)介
隨著通信系統(tǒng)設(shè)備小型,輕量化,高性能的發(fā)展,對(duì)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(biāo)準(zhǔn)的逐步確定,高性能,小體積,輕量化的介質(zhì)波導(dǎo)濾波器時(shí)最佳選擇。
本文介紹了一種介質(zhì)波導(dǎo)雙模濾波器的設(shè)計(jì)方法,供經(jīng)驗(yàn)不多的濾波器設(shè)計(jì)工程師學(xué)習(xí),高手跳過(guò)。
二、介質(zhì)波導(dǎo)濾波器介紹
本文講解的介質(zhì)波導(dǎo)濾波器,基于TE模的介質(zhì)波導(dǎo)雙模濾波器Q值高,損耗小,功率容量大等優(yōu)點(diǎn)。因此,在設(shè)計(jì)此類(lèi)雙模濾波器時(shí),以往的多端口計(jì)算設(shè)計(jì)方法是否可以沿用,是本文討論的重點(diǎn)。
下圖為單諧振器中的四個(gè)模式:
通過(guò)以上電場(chǎng)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(diǎn)上,通過(guò)選擇介電常數(shù),與控制諧振腔尺寸,對(duì)高次模進(jìn)行優(yōu)化。盡量拉遠(yuǎn)高次模出現(xiàn)的頻率,減小對(duì)通帶的影響。
三、設(shè)計(jì)過(guò)程
3.1 多模濾波器的設(shè)計(jì),通帶電性能的評(píng)估,和單模的評(píng)估是一樣的,只是在Q值的評(píng)估中,多模的Q值是要高于單模的,這個(gè)可以根據(jù)本征模的仿真中觀察到。下圖為一個(gè)雙腔4模濾波器的原理評(píng)估仿真結(jié)果:
3.2 耦合帶寬以及輸入輸出QL
3.3 HFSS中計(jì)算輸入輸出耦合
在HFSS中計(jì)算輸入輸出耦合,可以用對(duì)位延時(shí)大小來(lái)初步確定輸入輸出耦合強(qiáng)弱。模擬中連接器探針的插入方向,需要順著某一個(gè)模式的電場(chǎng)方向。如下圖所示:
在確定輸入輸出耦合時(shí),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(shí)波形為雙峰??梢圆扇☆l率分離的方法,減小第二模式對(duì)第一模式的影響。
3.4 耦合帶寬與頻率的計(jì)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(chǔ)值
此處仿真時(shí),需要特別注意端口的簡(jiǎn)歷方式,需要順著電場(chǎng)的方向。在計(jì)算耦合帶寬時(shí),能同時(shí)觀察到濾波器通帶諧波出現(xiàn)的頻率點(diǎn),通過(guò)合理選擇耦合窗口的大小,開(kāi)口方向,盡量降低高次模諧波幅度。
3.5 濾波器通帶計(jì)算與優(yōu)化
對(duì)高階多模濾波器的優(yōu)化計(jì)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(shè)計(jì)速度,節(jié)約時(shí)間,縮短濾波器開(kāi)發(fā)周期。
總結(jié):以上簡(jiǎn)單介紹了一種多模介質(zhì)波導(dǎo)濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)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(shì),相信在5G通信中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。關(guān)于介質(zhì)波導(dǎo)濾波器的設(shè)計(jì),歡迎各位交流。