【无线射频电路】-微波笔记·糖葫芦低通滤波器的设计

----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----微波笔记·糖葫芦低通滤波器的设计从18年年初开头写技术总结，不知不觉已经到第10篇了。最开头写的初衷是让自己浮躁的内心能够宁静下来，通过这种技术沟通的方式拓展更多的行业伴侣，为自己将来的进展奠定些基础。坚持写了一段时间后就渐渐爱上了总结，通过写作逼着自己把以前模棱两可的认知梳理清晰，自己也从这个过程中获得了新的成长，也交到了许多伴侣。

读过前面总结的伴侣应当可以发觉我全部的总结均是想设法建立一种简洁，高效，精确     的电路模型来描述微波元器件，通过精确     的电路模型来猎取精确的三维电磁仿真参数，从而大大缩短设计时间，同时加深对微波器件的认知。

糖葫芦低通滤波器结构简洁，插损小，功率容量较高，是同轴线低通的最常见形式。糖葫芦低通的设计方法遵循凹凸阻抗线低通滤波器的设计原理，参见之前总结的《平面低通滤波器的设计》。但由于糖葫芦低通属于三维结构，糖葫芦低阻抗线的边缘电容无法法忽视，直接使用凹凸阻抗互联模型给出的凹凸阻抗线长度尺寸不够精确     。这篇文章介绍一种简洁精确     的糖葫芦低通的设计方法。全部源文件见：链接：https://pan.baidu/s/1Dtuw-yEpk_u6PvhXkTZ5WQ密码：hwh7

1、糖葫芦低通的设计挑战及对策

1)、糖葫芦低通的不连续性分析

典型的糖葫芦低通滤波器结构见图1所示，当频率较低时，由于糖葫芦长度较大，边缘电容相对于低阻抗线的对地电容较小，所以简洁的凹凸阻抗级联模型就可以精确     表达出糖葫芦的三维电磁仿真参数。但当糖葫芦应用到较高频率时，由于尺寸缩小，边缘电容作用渐渐加大，变得不行忽视，如图1所示的简洁的凹凸阻抗级联电路模型变得不精确     。所以设计时必需考虑低阻抗线边缘电容的影响。

图1、典型的糖葫芦低通结构及原理

最开头分析糖葫芦低通设计时，个人考虑了两个因素影响：

边缘电容；

糖葫芦间的平板电容耦合；

依据这个思路建立了模型仿真，出来的结果频率偏高，但驻波还不错。仔细观看了糖葫芦低通滤波器工作时的场型分布图1所示，发觉糖葫芦间只有边缘电容场比较明显，低阻抗间基本没有平板电容场（相互耦合场），分析缘由可能是由于低阻抗间用高阻抗线互联，电位相当，形成不了电容（也请大家一起争论）。然后只考虑边缘电容影响进行建模，取得了比较好的结果。所以糖葫芦低通电路建模时主要考虑如何精确     表达边缘电容作用。

2)、边缘电容的猎取

边缘电容产生于阶梯不连续处，一般状况下糖葫芦凹凸阻抗线的尺寸是固定的，可以在设计之初规划好尺寸，阶梯可以在HFSS中建立图3所示的模型，猎取模型的S2P文件，这个两端口文件可以精确     的描述凹凸阻抗级联不连续处的各种效应。然后将S2P文件带入ADS的原理模型即可精确     表达糖葫芦低通原理。

图2、阶梯不连续的表达

2、糖葫芦低通滤波器的设计实例

通过上面的介绍，糖葫芦低通的设计步骤可以分为三步：

依据尺寸规划凹凸阻抗线，仿真出凹凸阻抗阶梯参数

ADS中建立糖葫芦滤波器模型，得出三维仿真的参数

HFSS中建立三维仿真模型，验证结果。1)、尺寸规划，获得不连续阶梯的仿真数据

这里用15GHz的实例为例介绍该滤波器的设计过程，并验证该方法的有效性。个人设定了一个模型参数见表格1。

表格1、糖葫芦滤波器关键尺寸规划

同轴外径50内径高阻内径低阻内径低阻2尺寸4.7mm2mm1mm3.6mm3mm阻抗5092.81625

依据表格1的数据建立一个图2所示的不连续阶梯模型，仿真获得阶梯的S2P文件。

2)、ADS中建立模型，获得糖葫芦关键尺寸数据

依据前面的叙述，在ADS中建立模型见图4所示，不连续阶梯用第一步仿真的S2P表示，在ADS中调整各参数使电路模型达到所需的抱负响应。具体结果见图3所示。

图3、ADS糖葫芦模型及仿真结果

3)、HFSS中建立模型，验证设计结果

依据其次步获得结果，在HFSS中建立图4所示的模型，经过仿真结果特别抱负，基本不需要在HFSS中优化，证明白上述ADS中电路模型的正确性。

图4、三维仿真模型及一次仿真结果

附：

我始终没有弄清晰为什么考虑了低阻抗间的耦合电容后模型反而不精确     。