微波应用阶梯阻抗最大平坦低通滤波器

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这个例子展示了如何为x波段应用程序设计一个阶跃阻抗低通滤波器。

微带滤波器在微波应用中起着重要的作用。几乎所有的通信系统都包含一个使用射频滤波器执行信号处理的射频前端。微波低通滤波器衰减截止频率以上的无用信号。这些滤波器有非常低的插入损耗和易于制造的小巧尺寸。

阶梯式阻抗低通微带滤波器是由交流高、低阻抗传输线组成的级联结构。这些线作为半集总元素，因为它们比相关的引导波长短得多。高阻抗线作为串联电感，低阻抗线作为并联电容器。因此，该滤波器结构直接实现了L-C阶梯型(LC-Pi)低通滤波器。

本文对截止频率为9 GHz的阶跃阻抗低通滤波器和集总元件模型进行了分析。对集总单元模型和仿真模型的计算结果进行了比较和验证。

设计阶梯式阻抗低通滤波器

在铝基板上设计一个9 GHz的阶跃阻抗低通滤波器，并将其可视化。

Freq = 9e9;介电(“名称”, {“Fr4”}，“EpsilonR”, 9.6,“LossTangent”0,“厚度”1.6 e - 3);obj = filterStepImpedanceLowPass;obj。FilterOrder = 7;obj。基=子;D =设计(obj,freq，“Z0”, 50岁,“HighZ”, 120,“LowZ”, 20);图;显示(d);

图中包含一个axes对象。带有标题filterStepImpedanceLowPass元素的axis对象包含6个类型为patch、surface的对象。这些对象表示PEC, feed, Fr4。

使用集总单元模型进行分析

图中为七阶低通LC-Pi结构的集总单元模型示意图。

模型7阶最大平坦低通滤波器在9 GHz使用rffilter对象从射频工具箱。在输入和输出阻抗为50欧姆时，分析其s参数行为。

Lpfilter = rffilter(“FilterType”，“巴特沃斯”，“ResponseType”，低通滤波器的，.．.“实现”，“LCπ”，“FilterOrder”obj。FilterOrder,“PassbandFrequency”频率,.．.“PassbandAttenuation”, 3.0103,“寻”, 50岁,“Zout”, 50岁,“名字”，“过滤”）;spar =参数(Lpfilter,linspace(0.1e9,12e9,51));图;rfplot(石膏);

$图中包含一个axes对象。axis对象包含4个line类型的对象。这些对象代表dB (S_ {11}), dB (S_ {21}), dB (S_ {12}), dB (S_{22})。$

由散射参数可知，截止频率为9 GHz，通过集总元模型可知，截止带衰减大于20dB。

利用仿真模型进行分析

分析其在50欧姆参考阻抗下s参数行为的仿真模型。

S11 =参数(d,linspace(0.1e9,12e9,51));图;rfplot (s11) ylim ((-50 0));

$图中包含一个axes对象。axis对象包含4个line类型的对象。这些对象代表dB (S_ {11}), dB (S_ {21}), dB (S_ {12}), dB (S_{22})。$

由于考虑了微带线段之间的耦合效应和损耗，因此利用仿真模型实现的滤波器布局得到的散射参数更加准确。s参数图显示截止频率降至5.8 GHz。这种减少是由于两个原因。一是各部分之间的耦合效应，二是设计方法建模的滤波器使用的分析方程，而这些影响没有考虑。因此，设计将给出近似的结果，并且您应该优化高、低阻抗线的长度和宽度，以将截止频率移到所需的值。

使用当前的函数绘制出阶跃阻抗低通滤波器在截止频率以下表面的电流分布，并查看其网格。

图;当前(d、3 e9“规模”，“log10”）;

图中包含一个axes对象。标题为Current distribution (log10)的axes对象包含4个patch类型的对象。

图;网格(d);

在s波段及以下设计阶梯式阻抗低通滤波器，与在高频设计的位移相比，在接近0.5 GHz的频率位移更小。

结论

设计并分析了阶梯式阻抗低通滤波器设计功能在9千兆赫截止频率。将该设计与集总模型和仿真模型进行比较，以了解频率位移的差异。可以看出，由于耦合效应，模拟模型的频率偏移约为2.9 GHz。因此，应优化步进阻抗低通滤波器的设计参数，以达到理想的截止频率。

参考

1.Salama,Y Battah,A Abuelhaija，“用于x波段应用的微带线阶梯阻抗7阶最大平坦低通滤波器”，物理学报:会议系列(ICERIA）．

2.Sheetal。用于s波段应用的阶梯阻抗微带低通滤波器实现，国际工程技术最新趋势杂志(IJLTET)2015年5月，第5卷第3期。