腔体微带双滤波器技术总结
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腔体/微带集成双滤波器技术总结
1.项目简要介绍
此项目为爱立信瑞典项目,用于WCDMA基站,功能为典型的双滤波器,外带四种不同模式的直流馈电通路。
频带要求如下: High band: 1710-2200MHz, 带宽:490MHz
Low band: 806-960MHz, 带宽:154MHz
DC和信令通道:1.7-12MHz
功能框图如下:
考虑到客户允许的外形尺寸太小,全部采用金属同轴滤波器来实现太困难,成本也较高,同时也考虑到用微带实现高频段体积也很宠大,最后折中选择低频段用微带线来实现,高频段则用传统金属同轴腔实现。
基于此方案,在两滤波器的中间部分采用低截止频率的LC 低通滤波器作为DC和信令通道。
2. 仿真说明
通过仿真和计算,高频和低频的抽头时延分别为1ns和3.4ns,考虑到强耦合带来的公共端口难匹配问题,在做仿真时不光单独仿两边的滤波器,还将两滤波器的影响采用电路代入形式在Designer中进行仿真,进而确定公共端口微带线的阻抗和物理长度。
2.1 低频带单独仿真
在Designer中建模如下, 采用三节1/4波长开路线,中间用50ohm 过渡的方案,
物理模型如下,
仿真结果:
由于微带线的插损过大,而且50ohm阻抗的宽度约为2mm,不方便加工和生产,决定选择悬置微带线来实现,微带线底部腔体开槽深0.5mm.
在仿真中发现一个有趣的规律: 除中间50ohm微带线长度影响通带频率外,3根开路线的长度分别控制3个零点(在以上两图中分别标注),对应开路线长度增加,则零点向左移动,否则向右,貌似调整飞杆,这点发现极大的方便了我们的实际调试.
2.2 高频段单独仿真
此滤波器采用传统方案实现,共6节,无交叉耦合,具体设计在此不赘述.模型和曲线如下:
2.3 联合仿真
把在HFSS中仿真好的微带模型作为独立子电路代入Designer,在将6节滤波器相关参数设为变量的同时,还在公共端口的两端分别放置理想传输线方便优化,模型如下,
通过Designer优化,使其达到指标,优化结果为:
通过优化结果看到,两个滤波器的相互影响点非常明显且很难消除,分析原因是由于高频和低频两边的滤波器整体Q并不太高,造成相互影响点在960-1710MHz范围内比较突出.(通常我们的双工器相互隔离在90dB以上,导致影响点不太明显); 另外在此过程中,为了使优化结果更真实,采取在HFSS中多次修改物理参数,反复代入Designer 优化的方法实现.
在上面的仿真基础上,将理想传输线换成带物理尺寸的微带模型, 并将6节滤波器也整体代入,重点优化公共端口两边的匹配.如下图所示:
优化结果如下:
通过进一步的分析,再把上面的抽头匹配部分转换为EM模式进行仿真, 模型如下,
最后将此模型与前面已经仿真好的微带低频滤波器模型在Protel 中制成一整块PCB板,仿真部分结束.
3.实验测试结果
3.1低频段806-960MHz
(图中频标5处的影响很难消除)
3.2高频段1710-2200MHz
(最右边的回波为微带线滤波器在远端的表现) 4.产品描述
末开盖的图片
开盖后的图片
中间部分为预留的DC和信令通道,此产品的直流设计等效图如下:
我们选择四种直流设计中最困难的一个直流进行分析,即high band通low band不通,在端口的微带部分我们相应的选择高Q电容来阻隔直流信号。
由于high band filter要通直流信号,我们可以选择大电感来实现,但为了避免直流通路对射频的影响,最后选择直流通道为截止频率约为200M的LC低通滤波器来实现。
5. 调试总结
5.1由于这种双工器与传统双工器不同,调试方法也有所不同, 每一次的改动后腔体和PCB板需要连接起来一起反复调试,反复观察。
5.2 加入高Q隔直电容对高低端的影响都不大,要合适的选择直流
通道,减小对射频的影响,尤其是对抑制的影响。
5.3微带公共端口抽头匹配比较难,尤其是抽头线长的匹配,通过仿真我们可以大致知道公共端口的输出位置,由于仿真在比较理想情况下完成,实验中公共端口的位置可能需要改变,可以采用电缆探头来寻找最佳位置。
5.4 虽然这种微带双工器成本较低,但是通带以外部分抑制比较差,也就限制了它的使用范围。
整理: 贾雄杰王波。