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TechnicalFeature 技术特写

一旦根据所需的带内回波损耗确定
了原型纹波值，就可以根据所需的阻带
d
抑制来估算滤波器阶数N，如公式1所
示。需要5阶滤波器来实现所需的选择性
和带宽。
b
L

（1）

–30
D
m1:
–40
Optimal Z 0 is Approximately 77 Ω 27.9536 GHz
Optimal d/D is Approximately 0.33 –50 –31.16 dB 设计细节
Electrical Length is Typically 30º to 60º
–60 该设计基于由耦合谐振器构成的交
图3：谐振器横截面相对于外腔壁的比例 指式配置，其中开口端在基板上或腔体
决定了谐振器的特征阻抗。 –70 上交替地指向相反的方向。谐振器的长
27.8 27.9 28.0 28.1 28.2
Frequency (GHz) 度决定谐振频率，谐振器之间的耦合由
终物理设计所需的调整。 它们的间距控制。腔体滤波器的外壳宽
图4：EM模型使用了两个同轴馈电结 度在工作频率下应为λ/4。
使用优化器进行设计 构，松散地耦合到波导腔充当输入和输 除了腔体尺寸之外，另一个在设计
通用的优化器对于滤波器设计并 出端口。 早期需注意的是确定谐振器柱的横截面
不是特别有效，除非它们能够利用可 表2 尺寸。谐振器横截面相对于外腔壁的比
定义滤波器最佳响应的数学基础。无 例决定了谐振器的特征阻抗。对于同轴
损Chebyshev滤波器的最佳行为是通带 数种不同的谐振器长度的频率响应 谐振器，文献显示最佳谐振器特性阻抗
中等纹波插入损耗和回波损耗响应。 R length F (GHz) Q u 约为77欧姆，这是由谐振器横截面决定
0
因此，如果优化器能够持续地找到等 的，因此谐振器柱对腔体宽度的比约为
纹波响应，就可以可靠地使用优化器。 0.07883 in. 27.9535 1975.2 33％（图3）。在这种情况下，由于物理
本项目中使用的优化器可作为NI AWR 0.07878 in. 28.022 2040.6 限制，未达到最佳空载Q（Q u ）。同轴传
Design Environment平台中的附加模 输线计算出谐振器阻抗Z o 约为46欧姆。
0.07773 in. 28.043 1978.1
块，该软件的API COM接口，可以与
Microwave Office电路设计软件和AXIEM 仿真谐振频率和Qu
和Analyst™ EM仿真器完全整合使用。 组装这些单独的组件，并使用端口调谐 在确定腔体和谐振器横截面尺寸的
来优化设计以获得最佳的等纹波响应。 情况下，定义该单个谐振器的EM模型，
设计一个物理可实现的5G滤波器 其中谐振器长度参数化，以便控制谐振
本设计方法遵循一系列定义明确的步 窄带带通滤波器设计 频率，如图4所示。
骤，可根据所需的频率和带宽进行缩放。 该滤波器的中心频率为 28 GHz 针对几种不同的谐振器长度的频率
包含了特定的设计步骤，如图2所示。 （3GPP频段n257）。结构是基于单个直 响应（图5），显示谐振频率随着谐振器
本流程从指定滤波器规格开始，包 线式腔体，使用交指式布置，在偏离中 的缩短而增加。
括带宽、通带回波损耗和阻带抑制，从 心频率800 MHz时实现30 dB的抑制，带 使用公式2从模拟的时间延迟和插
中确定滤波器阶数，确定低通Chebyshev 内回波损耗为20 dB。带内纹波设置为 入损耗计算单个谐振器的Qu。
参数并将其缩放到所需频率。 0.044 dB。根据这些规格，确定所预期
建立单个谐振器的EM模型，并且可 的插入损耗和必要的滤波器阶数。
以确定所需的谐振频率和无负载Q的长 理想的滤波器响应有很好的数学基 （2）
度。创建额外的EM模型，用来生成耦合 础，其参数值是将截止频率归一化为1 对于低通Chebyshev参数，纹波带
系数和外部Q曲线，以确定关键的物理尺 Hz所得出的理想低通Chebyshev滤波器 宽、中心频率和模拟空载Q（表2），可以
寸，像是谐振器间距和抽头高度。然后 响应（表1） 使用公式3计算中频带整个滤波器的预期
表1
截止频率归一化为1 Hz的理想低通Chebyshev滤波器响应
N g0 g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 ∑ g1- gN
2 1.0000 0.6682 0.5462 1.2222 1.2144
3 1.0000 0.8534 1.1039 0.8534 1.0000 2.8144
4 1.0000 0.9332 1.2923 1.5795 0.7636 1.2222 4.5727
5 1.0000 0.9732 1.3723 1.8032 1.3723 0.9732 1.0000 6.4989

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