滤波器学习中的发现

Arm720 · 发表于 2006-6-30 11:23:00

to sword：我基本上都不聊天，没有MSN，也没有QQ。希望能给你出点主意，不过我的实践经验实在是相当的缺乏，这个论坛的高手比较多啊。希望论坛的高手能讲讲实际方面的内容，可能比较虚，说点具体的吧。1）实际系统中那种类型的滤波器用的比较多，应用范围如何? 实现形式那种居多？2）当前滤波器的发展水平？ --- 楼上这位仁兄的需求，如果是属于业界前沿的东西，做起来难度就比较大。3）常用的软件，设计过程等。

Arm720 · 发表于 2006-7-1 04:18:00

可能这些内容都涉及到公司的保密协议之内，不便于拿出讨论，罢了吧。目前有腔体滤波器，同轴滤波器，微带线滤波器。再增加一点传输零点的感想。为什么说阶数增加，成本增加，而增加传输零点能有效提高衰减度，而不增加成本？实际上这儿有一个前提条件：那就是对同轴滤波器而言的，应为它的传输零点是通过调耦合来实现的，增加的成本很小；如果是增加阶数，就要增加体积，成本增加。如果是微带线滤波器应用，下面两种方式没有较大影响。方式（1）增加滤波器阶数，方式（2）保持滤波器阶数不变，增加传输零点。因为上面两种方式，无论是增加滤波器阶数，还是增加传输零点；新增加的电路部分，最终都是要转化为微带元件或者集总元件实现。所以个人感觉，如果大家选择微带线滤波器，不用太关注这个部分的影响。[br]+3 RD币

Arm720 · 发表于 2006-7-7 05:50:00

有几天没有看滤波器了，这几天忙了，另外就是准备要配一台性能较强的仿真计算机，去准备那个去了。滤波器的学习周期较长，现在已经基本把关键的理论部分看了，实现过程并不太复杂，由于传输零点不再继续研究，下面直接转入微带线实现方面的研究 --- 这个周期也是较长的。今天把小体积化的Branch Line Hybrid（不知道怎么翻译）研究了一下，而且作了仿真，包括简单的容差仿真，说说看法。Branch Line Hybrid在实际应用中的作用应该是比较清楚了：他最大的好处就是S11为0，而且输出端不影响输入端，应用极为广泛，标准的Branch Line Hybrid由于1/4 波长传输线的限制，限制了它的应用。对于1.9G的频率， FR-4板材，1/4 波长传输线有 2.1cm，对于小体积应用，比较长；有一种缩小尺寸的方法能从 1/4 波长缩小到 1/8 和 1/12波长，是很有实用价值的。 ----- 详细的实现和推导过程参考下面两本书。P136 --- Artech House - Rf And Microwave Copled-Line Circuits (1999).pdf
P377 --- Wiley - Coplanar Waveguide Circuits, Components, and Systems.pdf[br]+3 RD币

Arm720 · 发表于 2006-7-7 05:57:00

[upload=jpg]UploadFile/2006-7/0677@52RD_(ADS) Branch_Line_Hybrid_RedeucedSize.JPG[/upload]

上面仿真频点是1.57GHz，可以看到长度已经缩小了很多，仿真结果非常稳定，就是3dB衰减，而且对电容C的容差要求很低，10%的误差就可以满足要求。
仿真中一直有个问题还没有搞懂，那就是加T 型头，仿真结果变化很大，结果不可用；不加就没有问题。[br]+5 RD币

Arm720 · 发表于 2006-7-7 06:05:00

Branch Line Hybrid 应用于窄带的情况（仿真也能看得出来），宽带应用为 Lange 耦合器，也翻译为兰格耦合器；建议大家多研究，我还没有完全的研究，先到这儿吧，个人个人感觉实现难度不大。下面要进行的研究工作是：滤波器块状元件的共面波导实现。

Arm720 · 发表于 2006-7-7 06:11:00

Branch Line Hybrid 仿真结果，很明显的窄带应用。
[upload=jpg]UploadFile/2006-7/0677@52RD_(ADS Simulation) Branch_Line_Hybrid_RedeucedSize.JPG[/upload][br]+5 RD币

Arm720 · 发表于 2006-7-7 06:30:00

经过近3个多月的研究，现在基本上设计中遇到的主要问题都解决了，包括理论准备、匹配、耦合、调测方法、仿真等；现在就剩下最后一步：LNA前端滤波器。如果估计比较顺利的话，下个月正式开始整体设计、大规模仿真和调测。多谢论坛各位热心朋友的相助！

Arm720 · 发表于 2006-7-8 05:39:00

今天开始了共面波导(coplanar waveguide)的正式研究，共面波导的优点很多：1）辐射小 2）接地容易，还有一些其它的优点，不多说了。参考书籍为：Coplanar Waveguide Circuits,Components, and Systems共面波导的PCB板表现形式是传输线两边有地平面，这一点是共面波导和微带线的关键区别所在。共面波导的形式有两种 1）介质板上面有共面波导，下面有地平面 2）介质板上面有共面波导，下面无地平面重点研究类型（1）的共面波导情况；主要原因在于有地平面的共面波导，能极大增加PCB板的强度。实际上研究方式和手段还是相对简单的：就是计算传输线的有效介电常数和阻抗，有了这两样，就可以实现简单的电感和电容等元件了。这本书没有详细的推导过程，只是引用已知的结论，做共面波导的分析。下面这篇文章是共面波导的奠基性文章，可惜网上下载不到。C. P. Wen,‘‘Coplanar Waveguide: A Surface Strip Transmission Line Suitable for Nonreciprocal Gyromagnetic Device Applications,’’ IEEE Trans. Microwave Theory Tech.,Vol. 17, No. 12, pp. 1087—1090,Dec. 1969.碰到的问题： ADS中有共面波导的计算工具，但是还没有：有地平面的这种共面波导模型。 ---- 看来要启用CST仿真了。更进一步的研究碰到两个问题：1）有效介电常数和阻抗计算方面的问题，需要数学工具支持，涉及到第一类完全椭圆积分的计算。--- 有点小麻烦。2） CST仿真验证方面的问题，目前参考资料缺乏。[br]+3 RD币

Arm720 · 发表于 2006-7-8 07:45:00

没有软件支持，看来要自己编程搞定椭圆积分的问题了，还要看看数值计算方法中的辛普森积分法。

gdl123 · 发表于 2006-7-10 08:50:00

[em02][em01]

Arm720 · 发表于 2006-7-10 10:41:00

由于没有软件支持底部是地平面的 CBCPW （Conductor Back CPW）阻抗计算，只有自己编程了。
经过尽两天的努力，实现了第一步CPW的阻抗计算，按照《 Wiley - Coplanar Waveguide Circuits, Components, and Systems.pdf》中的公式，计算了CPW 的阻抗和介电常数；和ADS的计算结果有差别；我计算出来的阻抗是65.17，而ADS是62.473 。 ----- 付计算结果。
（有些事情看起来很难，自己动手后会发现其实做起来不难）

[upload=jpg]UploadFile/2006-7/06710@52RD_CBCPW阻抗计算.JPG[/upload][br]+3 RD币

CUIFENGHUI · 发表于 2006-7-10 14:13:00

我需要介质(两孔)的详细解析,有吗?

airkobe · 发表于 2006-7-10 20:12:00

感动~

Arm720 · 发表于 2006-7-11 00:34:00

不太理解“介质(两孔)的详细解析”是什么意思。另外在使用椭圆积分的时候，大家不要使用《C语言算法》中的源程序，计算结果不准确，要使用复合的辛普森积分方法，详细算法参考《数值计算方法》的书籍。

Arm720 · 发表于 2006-7-11 08:56:00

那位高手能否帮我用 CST 或者 HFSS 仿真验证一下，实在是心理没有底，工作量较太大，主要是参考资料太少，一时半会，难以学会，下面是用到的一些关键参数，多谢了！
pstru_MyMat->flEr = 4.3;
pstru_MyMat->flTanD = 0.015;
pstru_MyMat->flBoardH = 0.80; /* 微波PCB高度单位mm */
pstru_MyMat->flConductorH = 0.03; /* 履铜板厚度单位mm */
[upload=jpg]UploadFile/2006-7/06711@52RD_CPW阻抗计算.JPG[/upload]

Arm720 · 发表于 2006-7-11 21:49:00

看来CPW不太受关注；微带线辐射较大，另外如果你在微带线上面加金属屏蔽罩，可能会对微带线的阻抗产生影响，根据分析应该是阻抗变小，两面是地，微带传输线在中间层，这种结构是最稳定的。 ----- 这个部分不知道有没有朋友在实际应用中碰到？另外一点是我对仿真软件的看法，无论哪种仿真软件，用电磁分析法计算的阻抗，S参数结果是最准确的。他的优点就是不受仿真结构和形状的影响。 而使用公式计算出来的值，只能做参考，因为这些公式的推导过程有一些前提条件；但是这些公式计算出来的值提供设计指导，设计出结构雏形；然后在利用CST，或 HFSS 电磁仿真软件进行验证和修改，生成最终的版图。（不排除有些仿真软件对公式作修正，最后的结果也是准确的）

river123 · 发表于 2006-7-12 13:21:00

你这小伙果然有前途.应该去学校边做边学.出来做太浪费了.
以后我们这行就是需要你们这种既有软件基础又能做硬件设计的.

river123 · 发表于 2006-7-12 13:27:00

加T 型微带就是相当于一个拐角接口.就是让你的设计模型更具体的接近实际模块.
另外在访真时就可以多了几个变量有助于优化的更完善.

river123 · 发表于 2006-7-12 14:03:00

传输零点（transmission zeros）就是陷波点，可以认为是响应曲线S21上的零点。它可以在滤波器通带的单边或双边产生传输零点，以提高带外抑制。利用传输零点可以使低阶数滤波器获得与高阶数滤波器同样好的特性。这些都是理论,我认为在这个论坛里应该更多的是讨论实际应用.比如现在应该去寻求如何在实际电路中设制传输零点.设计滤波器不仅只考虑IL,带外抑制,还要去考验其通带内是否存在寄生通带.如果有那么你就设计失败.我做这行时间也不长.以前做过一段时间滤波器,现在做PA,我是更希望这里有一些实际的东西拿出来大家讨论.对于理论的,很多人估计都很陌生了,也就失去了讨论的兴趣.当然这纯属我个人意见.[br]+3 RD币

HanLu · 发表于 2006-7-12 21:26:00

各位牛人,我现在也在设计一个带通滤波器,希望用SMT元件,不知道元件间布线要考虑些什么,请大家给点意见.[em01]

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