腔体交叉耦合滤波器设计

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1、新锐科技技术部 2007-12-28 腔体交叉同轴滤波器设计腔体交叉同轴滤波器设计腔体交叉同轴滤波器设计腔体交叉同轴滤波器设计 传输零点位置的判定 图中A、B端口间的串联电感代表感性耦合，对传输信号相移约90o，串联电容表示容性耦合，对传输信号相移约+90o。并联电容电感回 路代表谐振器，在谐振点处相移为零，在谐振频率低端呈现约+90o相移，在谐振频率高端呈现约90o相移。因此，滤波器的交叉耦合可 用示意图2表示，图中含有编号的圆圈代表谐振器，其间的电感与电容表示谐振器之间的耦合关系，其他数字表示信号相移度数。 如果首尾输入输出谐振器(图2中1与3或1与4)间的各传输通道附加相移相反，传输信号

2、破坏性叠加的结果会 在传输通带带边生成传输零点，谐振器的相移特性决定了传输零点在通带高端或低端，而交叉耦合强度决定其距通带中心的位置，耦合越 强，传输零点距通带越近。因此，图2中的交叉耦合确定了传输零点的相对位置与个数。在图2中，结构(a)的传输通带高端带边出现一个 传输零点，这是由于只有在谐振器2的谐振频率高端，主传输通道(123：相移为90o90o90o=270o)与交叉耦合通道(13：相 移为90o)间的相移才是相反的；结构(b)在通带低端带边出现一个传输零点；结构(c)在通带高端与低端带边各出现一个传输零点；结构 (d)中不出现实频率传输零点，但出现虚频率零点，使其通带内的群时延特性更

3、平坦1；结构(e)中两条交叉耦合通道导致通带高端带边出 现两个传输零点；结构(f)中两条交叉耦合通道使得通带低端带边出现两个传输零点。 新锐科技技术部 2007-12-28 腔体布局的设计腔体布局的设计腔体布局的设计腔体布局的设计 由于分布参数电路的特点，交叉耦合多为 平面内实现；实现交叉的方法有限；偶数 节数耦合器多用并排方式，奇数可以是中 线对称结构 根据设计目标，依据上文的零点判定方法，选 择布局 *红色箭头表示交叉耦合；可以有多 种选择 一下实例一个PHS频段的滤波器设 计，选择4节设计，1-4节交叉 in out 新锐科技技术部 2007-12-28 耦合系数选择耦合系数选择耦合系数

4、选择耦合系数选择 PLC ID=LC1 L=1000/(2*3.14159*F0) pH C=1000/(2*3.14159*F0) pF PLC ID=LC2 L=1000/(2*3.14159*F0) pH C=1000/(2*3.14159*F0) pF PLC ID=LC3 L=1000/(2*3.14159*F0) pH C=1000/(2*3.14159*F0) pF PHASE2 ID=P1 A=-90 Deg S=0 Deg F=0 GHz Zo=1/k12 Ohm PHASE2 ID=P2 A=-90 Deg S=0 Deg F=0 GHz Zo=1/k23 Ohm PLC

5、ID=LC4 L=1000/(2*3.14159*F0) pH C=1000/(2*3.14159*F0) pF PHASE2 ID=P3 A=-90 Deg S=0 Deg F=0 GHz Zo=1/k12 Ohm PHASE2 ID=P4 A=90 Deg S=0 Deg F=0 GHz Zo=sqrt(Qe*50) Ohm PHASE2 ID=P5 A=90 Deg S=0 Deg F=0 GHz Zo=sqrt(Qe*50) Ohm PHASE2 ID=P6 A=a13 Deg S=0 Deg F=0 GHz Zo=1/k13 Ohm PORT P=1 Z=50 Ohm PORT P=

6、2 Z=50 Ohm Qe=62.8 k12=0.012k23=0.00960317696196696k13=0.001543a13=90 F0=1.9065 耦合系数选择难度较大，因为我不会复杂的 矩阵计算，看都看不懂惭愧。我们可以找到 带优化功能的电路仿真软件比如 ADS,AWR,Ansoft Designer 等都不错。我 使用的是AWR.电路模型如下。推荐使用 AWR,感觉不错 而其准确度也不错 使用他 做天线 的馈电 网络 （空气微带）， 仿真结果 和hfss很接近， 做出来 也很近似。 因为同轴耦合 用的是感性耦 合所以A=-90 度 查表计算的 归一化的数 据需要乘以 端口阻抗

7、谐振回路电容 =电感，小心 单位 交叉耦合的容 性和感性由角 度A控制。 依照此方法可以建立任 何的电路模型，现在只 要设置软件让他优化参 数就可以了呵呵，懒人 的做法。优化的初始值 可以和一般的滤波器一 样查表得到k和Qe;因为 交叉耦合量很小，所 以，其他的K变化不是 很大。如果优化后的余 量较大可以减少节数， 反之增加。 新锐科技技术部 2007-12-28 耦合系数选择耦合系数选择耦合系数选择耦合系数选择-结果结果结果结果 1 .81 .8 51 .91 .9 5 F re q u e n c y (G H z) G ra p h 1 -8 0 -6 0 -4 0 -2 0 0 D B

8、 (|S (2 ,1 )|) X G S M 4 unit D B (|S (1 ,1 )|) X G S M 4 unit Qe=62.8 k12=0.012k13=0.001543 F0=1.906 k23=0.009603 频率： 1893MHZ1920MHZ 频带：17MHZ 因为是学习所以其他的 指标是随意设定的，只 为证明设计方法的可行 性。 交叉耦合系数 新锐科技技术部 2007-12-28 3D结构建模及仿真结构建模及仿真结构建模及仿真结构建模及仿真 新锐科技技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_建模建模建模建模 目的：得到单腔的谐振频

9、率 和检验无载Q是否满足要 求。一般大于2500 腔体25x25x39； a=25 a=25 h=39 新锐科技技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_建模建模建模建模 1.选择selection Mode 为Eage 2.选择模型的4个边 3.点击fillet the selectiong eages 4. 对话框中输入6。因为加工内 腔的拐角不可能做成直角，由铣 刀的半径决定倒角的大小，是因 为我一直用12铣刀，所以输入 为6. 新锐科技技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_建模建模建模建模 内导体的半径为

10、Rin=5mm高 Hin=25mm，因为顶 端界面形成的集总 电容存在，长度小 于1/4波长，半径越 大，越小得多。 材料为pec 选择直径为当地市 场容易购得材料为 准设计。 半径半径半径半径Rin=5；高度Hin=25； 新锐科技技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_建模建模建模建模 按右图画第2个圆柱（绿 色的），材料为PEC;用于 把内导体内挖个洞，用于 他配合销钉调整频率 相减操作快捷按 钮 半径4；高度-hin+5;中 心坐标0，0，hin 新锐科技技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_建模建模建模

11、建模 制作频率调节柱 在 0，0，h处建立一个圆柱，方向向 下，半径为3mm，高度为- FreqTurn=5mm Ok,模型建立赶紧保存！ 因为我在进行下一页的操作时经常非法操 作自动推出，所有的操作都白费了 腔体长宽 腔体高度 内导体半径 内导体高度 频率微调柱 为了方针速度的提高可以设置对称面： 选中所有的object;然后 右 键菜单EditBooleansplit,选择XZ或者Yz面切开，保留一半； 然后在Selection Mode 选项里面改为Face.软后选择腔体的断面 右键菜单Assign BoundraySymmetry对话框中选择Perfect H 对称就可以了。 新锐科技

12、技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_仿真参数设定仿真参数设定仿真参数设定仿真参数设定 1：Solution Type设定： MenuHfssSolution Type 选择 EigenMode 1：Analysis设定： MenuHfssAnalysisAdd solution setup 谐振频率的最小搜索 值 单腔找最低谐振频率 设置为1。 单腔找最低谐振频率 设置为1。最大迭代次数最少12 次。 迭代收敛目标。 最少跌代次数 不小于6次 新锐科技技术部 2007-12-28 如果想得到比较满意的迭代收敛效果，就加上人为 的网格干预，这样虽然可能

13、稍微速度慢一点，但 是可以得到比较满意的收敛效果，建议这么做。 选中内导体，右键Assign Mesh operationon selectionglength based 对话框中使用默认 的数值一般就可以了；同样操作选中频率调节 柱。好了完毕可以进行仿真操作了。 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_仿真参数设定仿真参数设定仿真参数设定仿真参数设定 新锐科技技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_仿真开始仿真开始仿真开始仿真开始，进行参数扫描进行参数扫描进行参数扫描进行参数扫描 你可以调整品路调节柱，然后每一个点记录下 eigenmode

14、 的谐振频率，当然最好是对频率调 节柱的长度 FreqTurn 参数进行扫描的到不同 长度对应的曲线，或者配合内导体长度 Hin 的 长度得到多个曲线，最后选择比较理想的曲线 以确定内导体的长度和调节柱的高度。 鼠标按下去节开始扫描了，经过漫长的等待， 结束后就可以看结果了 *也许你的电脑快，眨眼就可以完成反正我的不 行，这个模型我需要78分钟完成 新锐科技技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_查看结果查看结果查看结果查看结果 新锐科技技术部 2007-12-28 单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定单腔参数确定_查看结果查看结果查看结果查看结果 从上

15、面可以查到设计频率对应的FreqTurn 的长度。选择时可以稍微高于中心频 率，因为当发生耦合时它们的频率往往会降低。 选择FreqTurn=8 新锐科技技术部 2007-12-28 双腔模型双腔模型双腔模型双腔模型-耦合系数的选择耦合系数的选择耦合系数的选择耦合系数的选择 在腔体耦合较弱的条件下（k0.1），耦合系数可用下式计算： K12 = 2(f2-f1) / (f2+f1) 在腔体耦合较强时，耦合系数用下式计算： K12 = (f22-f12) / (f22+f12) 对于两个相同的腔体发生相互耦合时，他们的耦合系数可以由以下的计算 方法计算。在使用hfss仿真时，f1，分对应的是Ei

16、genMode 的mode （1）和mode（2）。 新锐科技技术部 2007-12-28 双腔模型双腔模型双腔模型双腔模型-耦合系数的选择耦合系数的选择耦合系数的选择耦合系数的选择 1.新建一个工程，拷贝单腔模型到新的工程里面,把FreqTurn参数设置为8m（？） 2.建立双腔，选中全部然后点击使用（0.0.0）为基准点沿Y轴移动，对话框中输 入以下参数 ，W为两个腔体的距离，输入8mm 新锐科技技术部 2007-12-28 双腔模型双腔模型双腔模型双腔模型-耦合系数的选择耦合系数的选择耦合系数的选择耦合系数的选择 建立如图的长方体连接2个腔体。 W=8是将来两个腔体的间距，wl=6mm是 中间的连接缝隙的大小。因为使用了对称 面，将来的开缝宽度实际是2*wl=12mm 合并后 新锐科技技术部 2007-12-28 双腔模型双腔模型双腔模型双腔模型-耦合系数的选择耦合系数的选择耦合系数的选择耦合系数的选择 建立如下的圆柱；用以调节之间的耦合系数k，变 量为 K_Turn；并设置材质为PEC。 之后选中它，把它经YZ面进 行切开。 新