發布日期：2022-10-18 點擊率：109
前言：本文旨在介紹一種簡單的介質波導雙模濾波器設計方法，用以指導濾波器工程師設計基站介質波導濾波器。
一、簡介
隨著通信系統設備小型，輕量化，高性能的發展，對前端頻率選擇性器件也提出了更高要求。伴隨5G通信系統標準的逐步確定，高性能，小體積，輕量化的介質波導濾波器時最佳選擇。
本文介紹了一種介質波導雙模濾波器的設計方法，供經驗不多的濾波器設計工程師學習，高手跳過。
二、介質波導濾波器介紹
本文講解的介質波導濾波器，基于TE模的介質波導雙模濾波器Q值高，損耗小，功率容量大等優點。因此，在設計此類雙模濾波器時，以往的多端口計算設計方法是否可以沿用，是本文討論的重點。
下圖為單諧振器中的四個模式：
通過以上電場分布圖可以觀察到，單腔雙模，單腔三模可以自由選擇。在高次模出現的頻率點上，通過選擇介電常數，與控制諧振腔尺寸，對高次模進行優化。盡量拉遠高次模出現的頻率，減小對通帶的影響。
三、設計過程
3.1 多模濾波器的設計，通帶電性能的評估，和單模的評估是一樣的，只是在Q值的評估中，多模的Q值是要高于單模的，這個可以根據本征模的仿真中觀察到。下圖為一個雙腔4模濾波器的原理評估仿真結果：
3.2 耦合帶寬以及輸入輸出QL
3.3 HFSS中計算輸入輸出耦合
在HFSS中計算輸入輸出耦合，可以用對位延時大小來初步確定輸入輸出耦合強弱。模擬中連接器探針的插入方向，需要順著某一個模式的電場方向。如下圖所示：
在確定輸入輸出耦合時，因第二模式或者第三模式的影響，需要分離其他模式。此處因存在1,2模式之間的耦合，所以延時波形為雙峰。可以采取頻率分離的方法，減小第二模式對第一模式的影響。
3.4 耦合帶寬與頻率的計算
此處選擇多端口提取方法，在HFSS中提取諧振頻率，耦合帶寬儲值
此處仿真時，需要特別注意端口的簡歷方式，需要順著電場的方向。在計算耦合帶寬時，能同時觀察到濾波器通帶諧波出現的頻率點，通過合理選擇耦合窗口的大小，開口方向，盡量降低高次模諧波幅度。
3.5 濾波器通帶計算與優化
對高階多模濾波器的優化計算，通常采用兩端口S參數提取方法，也有用空間映射，遺傳算法等。因此，合理的選擇優化方法可以加快設計速度，節約時間，縮短濾波器開發周期。
總結：以上簡單介紹了一種多模介質波導濾波器的設計過程，在5G通信系統中具有體積小，重量輕，性能優等優勢，相信在5G通信中的應用會更加廣泛。關于介質波導濾波器的設計，歡迎各位交流。
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