NuHertz/HFSS: 使用矩形、径向和阻抗短截线的平面 LPF 切比雪夫-II 实现

我们今天的主题是使用 NuHertz 和 HFSS 设计 Microstrip Lowpass Chebyshev-Type2 滤波器。切比雪夫 2 型在通带中具有平坦的响应,在阻带中具有波纹。我们将比较 NuHertz 中的不同选项。

低通滤波器由集总 L 和 C 组件制成。这种方法很难用于高频应用程序。高频滤波器需要分布式元件。此过程使用 RF 线路和 RF 短截线。

可以使用 Richard 变换将电容器替换为开路 lambda/4 短截线。电感器有问题,因此只能用 lambda/4 短截线或 lambda/2 短截线代替。

图 1.理查兹转型

Lowpass 不能用短存根完成,长存根也不实用。Kuroda 的身份允许您用短传输线和电容器替换电感器。因此,滤波器只是一堆由短传输线连接的开放短截线。

图 2.黑田东彦的身份

LPF 可以使用较小的传输线部分来实现,每个传输线都有特定的阻抗,如低、高、低、高等。

知道可以做什么,我们回到 NuHertz。选择低通和切比雪夫型 2。需要指定要求、通带、阻带、阻带插入等。使用分布式元素。NuHertz 通过这样做为您提供了很多选择。我应该选择哪一个?所有这些都将在 HFSS 中实现,并在性能、尺寸、灵敏度等方面进行比较。

图 3.LPF Chebyshev-II 平面滤波器的 NuHertz 设置

选择任意一个选项并导出到 AEDT。

图 4.将设计导出到 AEDT

在 AEDT 中,我们解决了所有选项。您将注意到过滤器已完全参数化。因此,可以执行优化。

图 5:NuHertz 中的所有实现

以下是 NuHertz 预测与 HFSS 计算的比较。由于 HFSS 是 3D EM 求解器,因此它更准确。您可以使用优化器使设计相同或改进响应。

图 6:HFSS 与 NuHertz 插入(绿色 HFSS,蓝色 NuHertz)

图 7:HFSS 与 NuHertz 回波损耗(绿色 HFSS、蓝色 NuHertz)

下表总结了拓扑之间的差异。尺寸以毫米为单位。所有方法的长度都相同,但间隔的存根除外,它们很长。对滤波器宽度的观察相同,

|---------------------|--------|-------|------------|--------------|---------|
| 实现 | 长度 | 高度 | 插入 @0.8千兆赫 | 回波损耗 @0.8千兆赫 | 插入@2GHz |
| 阶梯短截线谐振器 | 53.38 | 17.66 | -1.49 | -6.20 | -50.00 |
| 阶梯短截线谐振器拆分 | 54.05 | 18.56 | -1.72 | -5.54 | -19.27 |
| Single Stub 谐振器 | 60.40 | 14.83 | -2.04 | -4.81 | -27.13 |
| 间隔存根 | 147.07 | 40.86 | -0.9 | -9.00 | -9.00 |
| Radial Resonators | 55.92 | 16.70 | -1.81 | -5.38 | -20.30 |
| Radial Resonator 拆分 | 55.53 | 16.05 | -2.02 | -4.89 | -19.27 |

表 1:LPF 拓扑

在 Nuhertz 中,为每种类型添加了以下注释:

|---------------------|-----------------------------------------------------|
| 实现 | 为什么要使用它? |
| 阶梯短截线谐振器 | 标称 1 实现传输零点 |
| 阶梯短截线谐振器拆分 | 与顶部类似,但当谐振器太大时使用 |
| Single Stub 谐振器 | 当单侧存根太宽时很有用。 |
| 间隔存根 | 有助于保持可实现的几何图形和低频响应精度。 |
| Radial Resonators | 当矩形短根太宽时很有用,因为它可以最大限度地减少 T 形接头的宽度,并在需要长脂肪部分时减小物理尺寸。 |
| Radial Resonator 拆分 | 当单个径向谐振器太宽时很有用。 |

所有选项都具有平滑曲线,但间隔存根除外,它们具有波纹。即便如此,它具有最高的平均插入和最急剧的下降。同样,在 passband 之后,间隔的 stub 更稳定并快速下降。

图 8:回波损耗

图 9:高达 1 GHz 的回波损耗

图 10:高达 1 GHz 的插入平坦度

图 11:高达 1 GHz 的插入

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