【導讀】隨著(zhù)通信系統設備小型，輕量化，高性能的發(fā)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(zhì)波導濾波器時(shí)最佳選擇。
前言：本文旨在介紹一種簡(jiǎn)單的介質(zhì)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(zhì)波導濾波器。
一、簡(jiǎn)介
隨著(zhù)通信系統設備小型，輕量化，高性能的發(fā)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(zhì)波導濾波器時(shí)最佳選擇。
本文介紹了一種介質(zhì)波導雙模濾波器的設計方法，供經(jīng)驗不多的濾波器設計工程師學(xué)習，高手跳過(guò)。
二、介質(zhì)波導濾波器介紹
本文講解的介質(zhì)波導濾波器，基于TE模的介質(zhì)波導雙模濾波器Q值高，損耗小，功率容量大等優(yōu)點(diǎn)。因此，在設計此類(lèi)雙模濾波器時(shí)，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(diǎn)。
下圖為單諧振器中的四個(gè)模式：
通過(guò)以上電場(chǎng)分布圖可以觀(guān)察到，單腔雙模，單腔三?？梢宰杂蛇x擇。在高次模出現的頻率點(diǎn)上，通過(guò)選擇介電常數，與控制諧振腔尺寸，對高次模進(jìn)行優(yōu)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(guò)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(gè)可以根據本征模的仿真中觀(guān)察到。下圖為一個(gè)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(shí)大小來(lái)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(zhù)某一個(gè)模式的電場(chǎng)方向。如下圖所示：
在確定輸入輸出耦合時(shí)，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(shí)波形為雙峰?？梢圆扇☆l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(shí)，需要特別注意端口的簡(jiǎn)歷方式，需要順著(zhù)電場(chǎng)的方向。在計算耦合帶寬時(shí)，能同時(shí)觀(guān)察到濾波器通帶諧波出現的頻率點(diǎn)，通過(guò)合理選擇耦合窗口的大小，開(kāi)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(yōu)化
對高階多模濾波器的優(yōu)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(yōu)化方法可以加快設計速度，節約時(shí)間，縮短濾波器開(kāi)發(fā)周期。
總結：以上簡(jiǎn)單介紹了一種多模介質(zhì)波導濾波器的設計過(guò)程，在5G通信系統中具有體積小，重量輕，性能優(yōu)等優(yōu)勢，相信在5G通信中的應用會(huì )更加廣泛。關(guān)于介質(zhì)波導濾波器的設計，歡迎各位交流。
