• 设为首页
  • 收藏本站
  • 手机版
  • 微博
  • 微信
    微信公众号 添加方式:
    1:搜索微信号(888888
    2:扫描左侧二维码
  • 快捷导航
    查看: 1957|回复: 24

    [技术文章] 一种基于CAD/EDA工具设计的2.6GHz微带发夹式带通滤波器

    [复制链接]

    该用户从未签到

    112

    主题

    28

    回帖

    0

    积分

    二级逆天

    积分
    0

    终身成就奖特殊贡献奖

    发表于 2020-5-24 15:28:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
    对于当今的无线通讯行业而言,CAD/EDA工具是无线产品设计周期必不可少的部分。这些工具实际上体现了设计工程师对设计及上市周期的关注。CAD/EDA工具只有做到准确模拟和易于使用,才能使得设计工程师们达到最好的效率。
      本文讨论了一种2.6GHz微带发夹式带通滤波器的设计,这个设计是利用Ansoft公司Serenade设计环境中的Harmonica电路级模拟器完成的。设计结果通过Serenade的布线工具S2A,被导出到Ansoft的Ensemble(2.5维平面电磁模拟器)以及LPKF样品板制作应用程序。这个设计实例的主要目的是把Serenade的模拟结果与Ensemble的模拟结果以及实测数据进行比较。
      表1总结了这个设计实例中用到的所有CAD/EDA工具。注意所有的工具都在PC上使用。
      
      表1. 滤波器设计中使用的CAD/EDA工具。

      滤波器设计
      我们使用了一种四片式微带发夹式滤波器结构来实现响应中心值为2.6GHz,带宽为3dB(约为280MHz)的带通式滤波器。最初的设计通过Serenade桌面的原理抓取器输入(见图1),该设计使用了Harmonica的微带分布元件库。
      Harmonica分布库模型包含了一种多耦合线元件(MCPL)模型,这个模型可以用来设计发夹滤波器的耦合部分。MCPL使用了一个全波频域算法,能够在任意给定的频率范围,准确计算任意线宽,间隔和组合的多达20条的耦合线的电气特性。在图1所示原理图中,MCPL元件是图中居中的八条耦合线。
      
      图1 Serenade中的微带发夹式滤波器的原理图。

      发夹式滤波器的转折部分表示成子电路(“U”型符号),它包括直的传输线部分以及转弯的连接部分。由于没有为滤波器指定屏蔽区域,所有的辐射效应都应被纳入考虑的范围。Harmonica和Ensemble两个模拟器都是这样做的。基材选择了Rogers TMM-4。它的相关规格祥见表2。
      
      表2 Rogers TMM-4基材规格

      滤波器的尺寸经过优化,以实现需要的带通波段。由于MCPL元件能够模拟任意的线宽和线距组合,通过优化参数,我们保留了滤波器的对称性设计。

      滤波器制作
      滤波器在Harmonica中经过了再三优化之后,其拓扑结构就可以被输出成设计图样。Serenade的桌面菜单中包含了一项S2A布线工具,打开它之后,它会自动根据之前的原理图生成设计图。
      
      图2 由Serenade图案设计软件生成的设计图。

      随后,利用S2A,我们可以生成一个DXF文件。这个文件被导入到LPKF CircuitCAM中,经过简单处理之后,生成雕刻机应用软件LPKF BoardMaster能够识别的加工文件。CircuitCAM是用来在导线间生成绝缘沟道,同时对设计图进行检查和编辑的工具。图3展示了CircuitCAM的处理结果。最终的设计图样被输入到LPKF ProtoMat 95s系统中(图4),准备加工。
      
      图3 LPKF的CircuitCAM程序生成的切割轨迹

      除了能输出DXF文件,S2A还能输出一个Ansoft 中性文件集(ANFS),用来在Ensemble中产生一个滤波器设计工程。图5显示了一个假色的抓图,该图表示在2.6GHz时,该滤波器的射频电流强度在Ensemble中的模拟结果。
      
      图4 LPKF ProtoMat® 95直接从CAD数据雕刻电路板。

      滤波器测量
      滤波器制作完成后,SMA连接器被焊接到它上面。图六表示在最终测量中使用的滤波器样品。我们利用HP 8510B网络分析仪测量了滤波器的插损和回损。Serenade能够通过GPIB/HPIB接口,从各种各样的网络分析仪直接下载和保存S参数。
      
      图5 Ensemble中的滤波器模型。

      数据比较
      图6 表示插损和回损的实测数据与Harmmonica和Ensemble模拟结果的比较。对于一个一次通过的样品来说,这样的结果可以说符合得非常好了。表3总结了三个数据集相应的3dB点,带宽以及中心频率的值。
      
      图6 滤波器样品照片。
      

      表3 总结了三个数据集中的滤波器的频率特性。我们注意到,中心频率值都在2.600GHz的±1%以内。
      总结
      本文讨论了一个2.6GHz微带发夹式滤波器的设计以及验证。使用两种同样来自Ansoft公司的模拟器对设计进行了模拟计算。一种是Serenade设计环境中的Harmonica模拟器;另一种是Ensemble 2.5D 电磁模拟器。我们把来自这两种模拟器的模拟值与样品的实测值进行了比较。设计图由S2A布线工具生成,并被导出成DXF文件;LPKF公司的CircuitCAM对DXF文件进行编辑和处理后,将最终加工文件导出到LPKF BoardMaster;Protomat 95s系统根据该文件自动完成样品的加工。插损和回损的两个模拟结果和实测结果都进行了比较,彼此有很好的符合度。
    回复

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2024-9-7 09:00
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    0

    主题

    4981

    回帖

    3456

    积分

    二级逆天

    积分
    3456

    终身成就奖社区居民优秀斑竹奖

    QQ
    发表于 2020-5-24 16:23:48 | 显示全部楼层
    谢谢分享基于CAD/EDA工具设计的2.6GHz微带发夹式带通滤波器
    回复

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    2

    主题

    1541

    回帖

    0

    积分

    二级逆天

    积分
    0

    终身成就奖优秀斑竹奖

    发表于 2020-5-25 00:51:38 | 显示全部楼层
    回复

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    32

    主题

    611

    回帖

    491

    积分

    二级逆天

    积分
    491

    终身成就奖

    发表于 2020-5-26 08:54:12 | 显示全部楼层
    回复

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    昨天 20:45
  • 签到天数: 164 天

    [LV.7]常住居民III

    32

    主题

    1万

    回帖

    3万

    积分

    三级逆天

    积分
    34545

    终身成就奖特殊贡献奖原创先锋奖社区居民忠实会员社区劳模最爱沙发原创达人优秀斑竹奖宣传大使奖

    QQ
    发表于 2020-5-26 09:17:09 | 显示全部楼层
    回复

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    0

    主题

    332

    回帖

    0

    积分

    二级逆天

    积分
    0

    终身成就奖原创先锋奖

    发表于 2020-5-27 08:26:45 | 显示全部楼层
    回复

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    昨天 20:45
  • 签到天数: 164 天

    [LV.7]常住居民III

    32

    主题

    1万

    回帖

    3万

    积分

    三级逆天

    积分
    34545

    终身成就奖特殊贡献奖原创先锋奖社区居民忠实会员社区劳模最爱沙发原创达人优秀斑竹奖宣传大使奖

    QQ
    发表于 2020-5-27 08:58:51 | 显示全部楼层
    回复

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    1

    主题

    6699

    回帖

    4

    积分

    二级逆天

    积分
    4

    社区居民终身成就奖特殊贡献奖原创先锋奖优秀斑竹奖

    QQ
    发表于 2020-5-28 10:45:16 | 显示全部楼层
    回复

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2024-9-30 13:47
  • 签到天数: 5 天

    [LV.2]偶尔看看I

    4

    主题

    2697

    回帖

    1553

    积分

    二级逆天

    积分
    1553

    终身成就奖

    发表于 2020-5-30 15:34:43 | 显示全部楼层
    回复

    使用道具 举报

    该用户从未签到

    1

    主题

    226

    回帖

    0

    积分

    二级逆天

    积分
    0

    终身成就奖

    发表于 2020-5-31 07:07:44 | 显示全部楼层
    回复

    使用道具 举报

    您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

    本版积分规则

    公告:服务器刚移机,
    大家请不要下载东西。
    会下载失败


    QQ 手机版 小黑屋 监管台 遇到问题请联系QQ1308068381 逆天PCB论坛

    Powered by Discuz! X3.5 © 2001-2023

    快速回复 返回顶部 返回列表