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TechnicalFeature 技术特写

为5G应用设计

窄带28-GHz带通滤波器

Designing a Narrowband 28 GHz Bandpass Filter for 5G Applications

David Vye、John Dunn，NI AWR Group；Dan Swanson，DGS Associates；
Jim Assurian、Ray Hashemi，Reactel, Inc.；Philip Jobson，Design Consultant

本文将探讨驱动5G滤波器的物理、电气和成本限制因素。并介绍使用经典滤波器网络
理论、参数化电磁（EM）仿真和端口调谐技术的窄带滤波器设计方法。该方法使用了NI
AWR Design Environment平台，用来开发针对毫米波回程应用的窄带28-GHz带通腔滤波器。

G将通过许多创新技术来提高网络容量、减 的滤波器将面临成本和容量等具有挑战性的问
5少延迟并降低能耗，用于提升空间和频谱的 题，在设计阶段的早期就必须考虑这些问题。
利用效率。结合了载波聚合、毫米波频谱、基
站密集化、大规模多入多出（MIMO）和波束 设计方法和滤波器规格
形成天线阵列等技术，来达到支持5G通信的目 数学函数可以很好地定义理想的滤波器响
标，而付出的代价是更多的信号必须在更靠近 应，而且已经开发了许多商用的综合工具，这
的频谱和更紧凑的空间中操作。这些支持技术 些工具可以基于理想元素值生成电路，以产生
对于缓解基站和移动设备密集网络中的信号干 精确滤波器响应。然而，在设计阶段的早期必
扰所需的滤波器提出了更多的要求。 须考虑滤波器组件的寄生行为。因此，综合的
方法非常适合用于加速初始设计阶段，并且产
5G应用 生数学滤波器解决方案，作为定义理想集总或
5G将分阶段部署，以解决三个主要问题： 分布式网络的起点。然而，综合工具在生成物
增强型移动宽带（EMBB），大规模机器类型通 理可实现的滤波器方面能力有限。在这种情况
信（mMTC），以及用于医疗和自驾汽车的遥感 下，综合工具提供关键耦合系数和外部Q目标，
和控制的超可靠和低延迟通信（URLLC）。在 但对于这种特定设计，理想的电气设计的实用
基础设施方面，人口稠密的城市环境将利用毫 性有限。
米波频谱获得更高的数据速率。无线回程技术 NI AWR软件中的iFilter™滤波器综合工具可
可能是将5G基站连接到核心网络的最具成本效 以基于理想的分布式微带线和带状线模型，以
益和多功能的解决方案。为无线回程应用开发 数学运算精确地生成理想的LC滤波器和分布式
设计，如边缘耦合、发夹型、交指型和梳状滤
Interdigital Tapped Combline 波器。图1显示了基于微带技术可以综合的几种
窄带滤波器，它们具有理想的分布式模型，但
没考虑制造上的限制和公差。如果没有一个可
Hairpin Optimum Distributed Bandpass
以将理想设计转换为物理可实现设计的流程，
Short Stub Bandpass 解决这种不确定性将会十分困难。
Edge Coupled
本设计中使用的方法是基于Dishal引入的技
术，由本文共同作者Dan Swanson用来和现代电
路和EM仿真一起使用。EM建模可以用于有效
25.5 28.0 30.5
地确定三个基本的滤波器属性：内部谐振器的
无负载Q、两个相邻谐振器之间的耦合，以及将
图1：基于微带技术可以综合的几种窄带滤波器。 形成输入和输出连接的两个谐振器的外部Q。
为获得这些滤波器属性的特定值，使用EM分析
Resonator Coupled Pair Tapped Port 的参数研究对于修改物理结构至关重要，这些
Spec Design Design Resonator Tune/Optimize
特定值由Dishal方法确定。然后与理想的集总组
件，特别是放在战略位置的电容器，使用电路
图2：设计物理可实现的5G滤波器的步骤。 仿真和优化来调谐端口。端口调谐用于指引最

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