抽头位置l可由式(7)结合发夹谐振器的外部耦合系数式(8)是来确定。
上两式中,l是指抽头线到谐振器中间位置的距离,L=λg/4,R是抽头线的特性阻抗,Z0是发夹线的特性阻抗,Ke是发夹谐振器的外部耦合系数。
2 设计实例
设计一个5节发夹型带通滤波器,设计目标:中心频率f0=1.75GHz带宽为100MHz;带内差损:>一2dB;带内纹波:<0.1dB;带外抑制:1.60GHz和1.90GHz时衰减<一40dB。选用FR4双面敷铜板作为基板,厚度h=0.8mm,介电常数为4.8,损耗正切tanD=le一4,敷铜厚度M=0.035mm。
查表得波纹为0.1dB的5阶ChebyShev低通原型滤波器满足上述指标,其元件值为:g0=g6=1、g1=g5=0.7563、g2=g4=1.3049、g3=1.5773。根据以上参数,由(3)式和(4)式可得滤波器的奇、偶模阻抗,可由ADS中的linecalc计算出w、s、L的初值,见表1。
由(7)式与(8)式可估算抽头位置:l=0.223L,这里取l=5.1mm。
根据以上参数进行Momentunl设计与仿真。在仿真模型中用了3个优化目标:1)通带差损:S(2,1)>一2dB;2)通带回波损耗:S(1,1)<一20dB;3)阻带(<1.60GHz且>1.90GMHz)时,S(2,1)<一40dB。经过数次优化后,得到微带发夹型滤波器版图仿真结果如图4所示。
3 实验分析
ADS Momentum仿真是采用矩量法直接对电磁场进行计算,其结果比在原理图中仿真要准确,对设计也更有意义,但是它的计算比较复杂,需要较长的时间;另外,还要考虑到受加工工艺的限制,在工程上一般要求线宽s和缝隙w要大于0.2mm。优化时根据情况可对优化目标、优化变量的取值范围、优化方法及次数进行适当的调整。从仿真结果图可以看出,理论计算与实际设计有一定的差值,差损s(2,1)<一16dB,一般工程上要求s(2,1)<一13dB。所以本设计达到了工程应用的要求。
4 结束语
微带发夹型滤波器具有尺寸小、易集成、成本低、设计较为简单等优点,在微波平面电路的设计中被一致看好,具有很好的实际应用价值。利用ADS设计方法摆脱了盲目性的人工调试,大大缩短了研制周期、减少了设计成本,并比较容易达到指标要求。