從大學(xué)到工作，初次接觸過的人都覺得我很啰嗦，我很想簡(jiǎn)潔明了表達(dá)，我也讀了很多高效表達(dá)方法論的書，刻意練習(xí)還是發(fā)現(xiàn)效果不佳。后來自我反省，發(fā)現(xiàn)啰嗦也有可愛的一面，出發(fā)點(diǎn)是自己的真誠(chéng)，我想把內(nèi)心的真誠(chéng)表達(dá)出來。再后來讀了德魯克《卓有成效的管理者》一書，我一直在問自己我自己到底能做出什么貢獻(xiàn)，有什么價(jià)值。因?yàn)檫@些想法，我開始了堅(jiān)持寫作。編輯告訴我如果素材足夠是有可能成書的，我就更有動(dòng)力了。但湊夠足夠精彩的素材對(duì)我挑戰(zhàn)還是蠻大的，所以如果發(fā)現(xiàn)之前的分享有些許意義的話，也請(qǐng)幫我想想素材，出出主意，幫我實(shí)現(xiàn)一個(gè)看似不可能的目標(biāo)，我也愿意加倍努力。

高通濾波器在濾波電路中占據(jù)了重要的地位，它和低通濾波器配合可以構(gòu)成超寬帶濾波器，也可以構(gòu)成通帶相接的頻率分配器，超寬帶的吸收式濾波器也需要采用這個(gè)器件。其他結(jié)構(gòu)的濾波器在課本和網(wǎng)站上均能找到大量的參考資料，但寬帶的高通濾波器很少見到簡(jiǎn)單高效的設(shè)計(jì)方法，這里用一個(gè)2GHz超寬帶高通濾波器實(shí)例來說明懸置線高通濾波器的設(shè)計(jì)原理和方法。

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1、高通濾波器的常見類型

常見的高通濾波器有下面幾種類型，見圖1所示：

· 分布參數(shù)并聯(lián)短路短截線型：

《Microstrip Filters for RF/Microwave Applications》有詳細(xì)原理介紹

· 半集總參數(shù)型（懸置線高通/叉指電容等）

有效文章較少，本文重點(diǎn)介紹

· 寬帶帶通型（交指等帶通寬帶結(jié)構(gòu)）

可參考帶通濾波器設(shè)計(jì)方法

· 波導(dǎo)型（波導(dǎo)天然是高通）

圖1、常見高通濾波器結(jié)構(gòu)

2、懸置線高通濾波器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)及對(duì)策

1)、懸置線高通濾波器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

懸置線高通濾波器屬于半集總參數(shù)濾波器，在所有形式的高通濾波器中，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)最高的帶寬，可高達(dá)20倍頻程。

一個(gè)典型的高通電路見圖2所示，把理想的LC原型轉(zhuǎn)換為實(shí)際物理結(jié)構(gòu)時(shí)，并聯(lián)短路電感可以用一節(jié)傳輸線準(zhǔn)確表示，但是如何準(zhǔn)確的表示串聯(lián)電容對(duì)于懸置線高通濾波器設(shè)計(jì)來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。該文章的核心也在于此。

圖2、典型高通原型及實(shí)際模型

2)、懸置線高通濾波器的設(shè)計(jì)對(duì)策

第一次做懸置線高通濾波器時(shí)，我嘗試采用了下面幾種方法，這些方法也是一般情況從業(yè)人員下意識(shí)能夠想到的。

· 平板電容法計(jì)算懸置線串聯(lián)電容尺寸

· 單獨(dú)仿真電容結(jié)構(gòu)，參數(shù)提取出電容值

這些方法雖然笨拙，但經(jīng)過多次的迭代也能把該濾波器設(shè)計(jì)出來。

為了獲得一種簡(jiǎn)介高效的模型，通過文獻(xiàn)閱讀，最后發(fā)現(xiàn)解決辦法就在最基礎(chǔ)的傳輸線理論上，見圖3所示。懸置線的串聯(lián)電容是一個(gè)耦合微帶線，描述耦合微帶線的模型可以準(zhǔn)確的描述該結(jié)構(gòu)。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)高通濾波器時(shí)，通過圖3的等效原理可以計(jì)算出所需耦合線的奇模阻抗和長(zhǎng)度，通過奇模阻抗我們可以確定耦合微帶線的尺寸。同時(shí)偶模阻抗對(duì)濾波器性能的影響也可以通過電路仿真提前識(shí)別出來。

如果對(duì)濾波器設(shè)計(jì)感興趣，建議認(rèn)真學(xué)習(xí)并理解耦合線的模型。推薦書目《現(xiàn)代濾波器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》或《微帶電路》。

圖3、串聯(lián)電容的準(zhǔn)確描述模型

3、懸置線高通濾波器的設(shè)計(jì)

1)、設(shè)計(jì)步驟

懸置線高通濾波器遵循下列步驟：

a)、指標(biāo)分析，根據(jù)傳輸線的周期性以及濾波器其他要求計(jì)算選擇合理結(jié)構(gòu)
b)、ADS中利用耦合線建立高通模型，獲取準(zhǔn)確的三維電磁仿真模型
c)、Sonnet或者HFSS中電磁仿真，驗(yàn)證優(yōu)化模型

2)、設(shè)計(jì)實(shí)例

a)、指標(biāo)分析，選擇合理結(jié)構(gòu)

通常情況下需要分析帶寬，體積，功率容量，濾波器階數(shù)，是否需要帶外零點(diǎn)，以選擇合適的結(jié)構(gòu)和尺寸。這里由于作為方法講解，就選擇一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單模型，略去指標(biāo)分析步驟。

b) 、ADS中建立高通模型，獲取準(zhǔn)確的三維電磁仿真模型

根據(jù)第2節(jié)分析，串聯(lián)電容C=1/2*Yotanθ，可以確定出耦合微帶線的基本尺寸。由于個(gè)人習(xí)慣在ADS中采用優(yōu)化方法，這里不做詳細(xì)計(jì)算，感興趣可以自行推導(dǎo)。根據(jù)個(gè)人習(xí)慣懸置線的基本參數(shù)見表格1所示。詳細(xì)計(jì)算見圖4所示

表格1、懸置線的關(guān)鍵物理尺寸

物理 尺寸	上下空氣腔體高	介質(zhì)厚度	介電常數(shù)	耦合微帶線寬	并聯(lián)電感最細(xì)線條
	1mm	0.127mm	2.94	2mm	0.2mm
	3mm耦合線參數(shù)				并聯(lián)最高阻抗
理論 數(shù)據(jù)	Ze	Ke	Zo	Ko	ZH	Kh
	114.54	1.03	6.18	2.71	155	1.03

圖4、關(guān)鍵尺寸的計(jì)算

通過上面的關(guān)鍵參數(shù)獲取，在ADS中建立圖5所示的懸置線高通模型，通過調(diào)諧和優(yōu)化各傳輸線長(zhǎng)度，使該模型達(dá)到理論響應(yīng)。

圖5、ADS中懸置線高通模型

c)、Sonnet電磁仿真驗(yàn)證

根據(jù)上述電路仿真，獲得各耦合傳輸線及并聯(lián)短路傳輸線的實(shí)際物理尺寸，在sonnet中建立圖6所示的高通模型，通過一次仿真結(jié)果見圖6所示。

圖6、電磁仿真驗(yàn)證及一次仿真結(jié)果

通過仿真可以看到，電磁仿真結(jié)果同理論設(shè)計(jì)非常接近，證明了該設(shè)計(jì)方法的正確性。但電磁仿真駐波較差，主要是下面幾個(gè)因素沒有在模型中表達(dá)：

· 串聯(lián)電容和并聯(lián)電感的T型結(jié)沒有在電路模型中表達(dá)，追求完美的朋友可以通過S3P文件表述T型結(jié)；
· 串聯(lián)電容的邊緣電容沒有表達(dá)，同樣可以通過S3P文件表達(dá)；
· 并聯(lián)短路短截線間存在互相耦合，該耦合沒有在電路中表達(dá)，限于篇幅，此問題將在后續(xù)專門通過一篇文章描述。

實(shí)踐證明在并聯(lián)短路短截線超過0.5mm間隙時(shí)，只用將T型結(jié)及邊緣電容表述清楚后電路模型就會(huì)足夠準(zhǔn)確。

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