一种悬置线高通滤波器设计详细教程

电子工程师 2018-05-24 9962

模拟技术

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高通滤波器在滤波电路中占据了重要的地位，它和低通滤波器配合可以构成超宽带滤波器，也可以构成通带相接的频率分配器，超宽带的吸收式滤波器也需要采用这个器件。其他结构的滤波器在课本和网站上均能找到大量的参考资料，但宽带的高通滤波器很少见到简单高效的设计方法，这里用一个2GHz超宽带高通滤波器实例来说明悬置线高通滤波器的设计原理和方法。

1、高通滤波器的常见类型

常见的高通滤波器有下面几种类型，见图1所示：

· 分布参数并联短路短截线型：

《Microstrip Filters for RF/Microwave Applications》有详细原理介绍

· 半集总参数型（悬置线高通/叉指电容等）

有效文章较少，本文重点介绍

· 宽带带通型（交指等带通宽带结构）

可参考带通滤波器设计方法

· 波导型（波导天然是高通）

滤波器

图1、常见高通滤波器结构

2、悬置线高通滤波器的设计挑战及对策

1）、悬置线高通滤波器的设计挑战

悬置线高通滤波器属于半集总参数滤波器，在所有形式的高通滤波器中，这种结构可以实现最高的带宽，可高达20倍频程。

一个典型的高通电路见图2所示，把理想的LC原型转换为实际物理结构时，并联短路电感可以用一节传输线准确表示，但是如何准确的表示串联电容对于悬置线高通滤波器设计来说是一个挑战。该文章的核心也在于此。

滤波器

图2、典型高通原型及实际模型

2）、悬置线高通滤波器的设计对策

第一次做悬置线高通滤波器时，我尝试采用了下面几种方法，这些方法也是一般情况从业人员下意识能够想到的。

· 平板电容法计算悬置线串联电容尺寸

· 单独仿真电容结构，参数提取出电容值

这些方法虽然笨拙，但经过多次的迭代也能把该滤波器设计出来。

为了获得一种简介高效的模型，通过文献阅读，最后发现解决办法就在最基础的传输线理论上，见图3所示。悬置线的串联电容是一个耦合微带线，描述耦合微带线的模型可以准确的描述该结构。当我们设计高通滤波器时，通过图3的等效原理可以计算出所需耦合线的奇模阻抗和长度，通过奇模阻抗我们可以确定耦合微带线的尺寸。同时偶模阻抗对滤波器性能的影响也可以通过电路仿真提前识别出来。

如果对滤波器设计感兴趣，建议认真学习并理解耦合线的模型。推荐书目《现代滤波器结构与设计》或《微带电路》。

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