交叉耦合滤波器设计

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(1→2→3：相移为−90o−90o−90o=−270o)与交叉耦合通道(1→3：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inout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PLCID=LC1L=1000/(2*3.14159*F0)pHC=1000/(2*3.14159*F0)pFPLCID=LC2L=1000/(2*3.14159*F0)pHC=1000/(2*3.14159*F0)pFPLCID=LC3L=1000/(2*3.14159*F0)pHC=1000/(2*3.14159*F0)pFPHASE2ID=P1A=-90DegS=0DegF=0GHzZo=1/k12OhmPHASE2ID=P2A=-90DegS=0DegF=0GHzZo=1/k23OhmPLCID=LC4L=1000/(2*3.14159*F0)pHC=1000/(2*3.14159*F0)pFPHASE2ID=P3A=-90DegS=0DegF=0GHzZo=1/k12OhmPHASE2ID=P4A=90DegS=0DegF=0GHzZo=sqrt(Qe*50)OhmPHASE2ID=P5A=90DegS=0DegF=0GHzZo=sqrt(Qe*50)OhmPHASE2ID=P6A=a13DegS=0DegF=0GHzZo=1/k13OhmPORTP=1Z=50OhmPORTP=2Z=50OhmQe=62.8k12=0.012k23=0.00960317696196696k13=0.001543a13=90F0=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,AnsoftDesigner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1.81.851.91.95Frequency(GHz)Graph1-80-60-40-200DB(|S(2,1)|)XGSM4unitDB(|S(1,1)|)XGSM4unitQe=62.8k12=0.012k13=0.001543F0=1.906k23=0.009603频率：1893MHZ~1920MHZ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2007-12-283D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：得到单腔的谐振频率和检验无载Q是否满足要求。一般大于2500腔体25x25x39；a=25a=25h=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selectionMode为Eage2.选择模型的4个边3.点击fillettheselectiongeages4.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φ12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=5mmOk,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SelectionMode选项里面改为Face.软后选择腔体的断面右键菜单AssignBoundraySymmetry对话框中选择PerfectH对称就可以了。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_仿真参数设定仿真参数设定仿真参数设定仿真参数设定1：SolutionType设定：MenuHfssSolutionType选择EigenMode1：Analysis设定：MenuHfssAnalysisAddsolutionsetup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AssignMeshoperationonselectionglengthbased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7~8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EigenMode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手动设置下面3部分的网格，使用默认的长度即可。添加Setup参数类似单腔的Setup设置，注意Modes为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K_turn如右图设置扫描参数，分别使用不同的wl进行扫描使用5，6，7进行扫描一般情况wl越大k越大，w越大k越小，k_turn越大k越大。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仿真完毕我们查看结果；添加如下的输出变量。因为有何量比较小我们使用的是这个公式；中心频率Mode1谐振频率Mode2协志频率有何系数新锐科技技术部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