從18年年初開始寫技術(shù)總結(jié)，不知不覺已經(jīng)到第10篇了。最開始寫的初衷是讓自己浮躁的內(nèi)心能夠安靜下來，通過這種技術(shù)交流的方式拓展更多的行業(yè)朋友，為自己未來的發(fā)展奠定些基礎(chǔ)。堅持寫了一段時間后就慢慢愛上了總結(jié)，通過寫作逼著自己把以前模棱兩可的認(rèn)知梳理清楚，自己也從這個過程中獲得了新的成長，也交到了很多朋友。

讀過前面總結(jié)的朋友應(yīng)該可以發(fā)現(xiàn)我所有的總結(jié)均是想設(shè)法建立一種簡單，高效，準(zhǔn)確的電路模型來描述微波元器件，通過準(zhǔn)確的電路模型來獲取精確的三維電磁仿真參數(shù)，從而大大縮短設(shè)計時間，同時加深對微波器件的認(rèn)知。

糖葫蘆低通濾波器結(jié)構(gòu)簡單，插損小，功率容量較高，是同軸線低通的最常見形式。糖葫蘆低通的設(shè)計方法遵循高低阻抗線低通濾波器的設(shè)計原理，參見之前總結(jié)的《平面低通濾波器的設(shè)計》。但由于糖葫蘆低通屬于三維結(jié)構(gòu)，糖葫蘆低阻抗線的邊緣電容無法法忽視，直接使用高低阻抗互聯(lián)模型給出的高低阻抗線長度尺寸不夠準(zhǔn)確。這篇文章介紹一種簡單準(zhǔn)確的糖葫蘆低通的設(shè)計方法。所有源文件見：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1Dtuw-yEpk_u6PvhXkTZ5WQ 密碼：hwh7

1、糖葫蘆低通的設(shè)計挑戰(zhàn)及對策

1)、糖葫蘆低通的不連續(xù)性分析

典型的糖葫蘆低通濾波器結(jié)構(gòu)見圖 1所示，當(dāng)頻率較低時，由于糖葫蘆長度較大，邊緣電容相對于低阻抗線的對地電容較小，所以簡單的高低阻抗級聯(lián)模型就可以準(zhǔn)確表達(dá)出糖葫蘆的三維電磁仿真參數(shù)。但當(dāng)糖葫蘆應(yīng)用到較高頻率時，由于尺寸縮小，邊緣電容作用逐漸加大，變得不可忽略，如圖1所示的簡單的高低阻抗級聯(lián)電路模型變得不準(zhǔn)確。所以設(shè)計時必須考慮低阻抗線邊緣電容的影響。

圖1、典型的糖葫蘆低通結(jié)構(gòu)及原理

最開始分析糖葫蘆低通設(shè)計時，個人考慮了兩個因素影響：

·  邊緣電容；

·  糖葫蘆間的平板電容耦合；

根據(jù)這個思路建立了模型仿真，出來的結(jié)果頻率偏高，但駐波還不錯。認(rèn)真觀察了糖葫蘆低通濾波器工作時的場型分布圖 1所示，發(fā)現(xiàn)糖葫蘆間只有邊緣電容場比較明顯，低阻抗間基本沒有平板電容場（互相耦合場），分析原因可能是因為低阻抗間用高阻抗線互聯(lián)，電位相當(dāng)，形成不了電容（也請大家一起討論）。然后只考慮邊緣電容影響進(jìn)行建模，取得了比較好的結(jié)果。所以糖葫蘆低通電路建模時主要考慮如何準(zhǔn)確表達(dá)邊緣電容作用。

2)、邊緣電容的獲取

邊緣電容產(chǎn)生于階梯不連續(xù)處，一般情況下糖葫蘆高低阻抗線的尺寸是固定的，可以在設(shè)計之初規(guī)劃好尺寸，階梯可以在HFSS中建立圖 3所示的模型，獲取模型的S2P文件，這個兩端口文件可以準(zhǔn)確的描述高低阻抗級聯(lián)不連續(xù)處的各種效應(yīng)。然后將S2P文件帶入ADS的原理模型即可準(zhǔn)確表達(dá)糖葫蘆低通原理。

圖2、階梯不連續(xù)的表達(dá)

2、糖葫蘆低通濾波器的設(shè)計實例

通過上面的介紹，糖葫蘆低通的設(shè)計步驟可以分為三步：

·  根據(jù)尺寸規(guī)劃高低阻抗線，仿真出高低阻抗階梯參數(shù)
·  ADS中建立糖葫蘆濾波器模型，得出三維仿真的參數(shù)
·  HFSS中建立三維仿真模型，驗證結(jié)果。

1)、尺寸規(guī)劃，獲得不連續(xù)階梯的仿真數(shù)據(jù)

這里用15GHz的實例為例介紹該濾波器的設(shè)計過程，并驗證該方法的有效性。個人設(shè)定了一個模型參數(shù)見表格 1。

表格1、糖葫蘆濾波器關(guān)鍵尺寸規(guī)劃

	同軸外徑	50內(nèi)徑	高阻內(nèi)徑	低阻內(nèi)徑	低阻2
尺寸	4.7mm	2mm	1mm	3.6mm	3mm
阻抗		50	92.8	16	25

2)、ADS中建立模型，獲得糖葫蘆關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)

根據(jù)前面的敘述，在ADS中建立模型見圖 4所示，不連續(xù)階梯用第一步仿真的S2P表示，在ADS中調(diào)整各參數(shù)使電路模型達(dá)到所需的理想響應(yīng)。詳細(xì)結(jié)果見圖 3所示。

圖3、ADS糖葫蘆模型及仿真結(jié)果

3)、HFSS中建立模型，驗證設(shè)計結(jié)果

根據(jù)第二步獲得結(jié)果，在HFSS中建立圖 4所示的模型，經(jīng)過仿真結(jié)果非常理想，基本不需要在HFSS中優(yōu)化，證明了上述ADS中電路模型的正確性。

圖4、三維仿真模型及一次仿真結(jié)果

附：

我一直沒有弄清楚為什么考慮了低阻抗間的耦合電容后模型反而不準(zhǔn)確。我嘗試在寫這篇文章時弄清楚，但截至發(fā)稿日我還是不能解釋的非常清楚。在ADS模型中有考慮糖葫蘆平板耦合的模型，感興趣朋友可以根據(jù)模型實際操作一次，同時歡迎探討該模型不準(zhǔn)確的原因。

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