1.平面低通濾波器簡介

隨著現在微波鏈路越來越高頻化，小型化，直接在鏈路中集成低通的現象越來越普遍。同時很多芯片化的低通也大都是在高介電陶瓷片上實現的微帶濾波器。陶瓷片型的芯片電容，電感，均衡器都需要用到平面低通的設計概念。

常見的低通濾波器在ADS中的模型及結構形式見圖1。本文中ADS和sonnet模型下載請登錄百度云盤（https://pan.baidu.com/s/1ht0ZSH2 密碼：ickm）。

圖1 常見的平面結構低通濾波器

三種結構的優缺點對比見表 1，通常對要求比較高的設計時可綜合三種結構的優缺點進行折中設計。

表 1 三種結構優缺點對比

2.平面低通濾波器設計的理論基礎

本次總結的理論基礎來源于《Microstrip Filters for RF and Microwave Applications 2001》第4/5章，核心理論為圖2的高低阻抗線等效電路。結論是：一段高阻抗線可以等效為電感，一段低阻抗線等效為一個到地電容。（如果理解傳輸線的特征阻抗用微分形式的集總參數表示為sqrt（L/C），高阻L一定很大，低阻C一定很大，就可以比較形象的理解此等效原理。）

圖2  高低阻抗線等效電路

3.平面低通設計實列

一個平面低通遵循下列設計步驟。

1)規劃高低阻抗線阻抗，高阻受限于線條加工能力和功率容量，一般小功率應用可以取到0.15mm，低阻寬度受到濾波器尺寸限制，受到長寬比限制。（一般高低阻抗比例越大，寄生通帶越遠，但寄生通帶遠也意味著近端抑制會差，所以設計時可靈活配置各枝節阻抗，達到寄生通帶和矩形系數的均衡）

2)ADS建模仿真獲取初始電磁仿真參數

3)電磁仿真驗證優化

本例用一個10GHz的平面低通作為實例，為了方便采用混合結構形式。

1) 規劃高低阻抗線

高低阻抗規劃要折衷級數/尺寸以及電性能，在實際設計中有迭代過程。高低阻抗計算有很多工具，這里推薦一個：polar SI9000（可以百度自行搜索），傳輸線特性參數計算非常實用的工具。本例中高阻選取加工極限0.15mm，低阻折中尺寸和寄生通帶選取1mm寬，通過圖 3計算可以得到1mm線寬的特性參數（特征阻抗和有效介電常數）為：
W=1mm              Z=33歐     Er=（2.98/2.16）^2=1.90  (光速比相速的平方)
W=0.15mm           Z=96歐     Er=1.69

圖3 傳輸線阻抗計算

2) ADS建模

在ADS中建立由高低阻抗傳輸線級聯的理想電路模型，獲取電磁仿真的初始參數，個人習慣采用ADS中Tline-ideal中的TlineP，該模型有兩個三個參數：阻抗/有效介電常數/長度，前兩個參數在高低阻抗線規劃中已經獲得，模型建模時只有物理長度一個變量，可以用1/8波長作為初始值，然后通過ADS中的優化快速獲取準確的物理長度。詳細的模型見圖 4。

圖4 ADS模型優化獲取電磁仿真尺寸

3) Sonnet電磁仿真

所有平面結構的微波器件個人習慣使用sonnet進行仿真，sonnet可以隨意更改結構形狀，很接近實際調試時采用的方法，并且仿真速度非常快，很適合平面結構的電磁仿真。

在sonnet中根據ADS仿真中獲取的尺寸建立初始電磁仿真模型如圖 5所示。

圖5 sonnet第一次電磁仿真結構和結果

通過電磁仿真可以發現ADS模型中給出的參數已經非常準確了,在電磁仿真時基本不需要優化了。

但ADS中的模型畢竟不能模擬各個短截線間的耦合效應，接頭不連續效應，根據經驗通常只需要微調下高阻線的長度就可以得到很好的設計結果了。

作者：趙強 微信號：q_zhao_ls

簡介：
2004～2011 華中科技大學 微電子學與固體電子學 碩士
2011～2015 中電29所西科微波通訊有限公司
2015~ 2018 華為技術有限公司
2018～至今 航天微電科技有限公司成都分公司

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