利用CAD/EDA工具设计2.6GHz带宽的微带发夹滤波器

对于当今的无线通讯行业而言，CAD/EDA工具是无线产品设计周期必不可少的部分。这些工具实际上体现了设计工程师对设计及上市周期的关注。CAD/EDA工具只有做到准确模拟和易于使用，才能使得设计工程师们达到最好的效率。

本文讨论了一种2.6GHz微带发夹式带通滤波器的设计，这个设计是利用Ansoft公司Serenade设计环境中的Harmonica电路级模拟器完成的。设计结果通过Serenade的布线工具S2A，被导出到Ansoft的Ensemble(2.5维平面电磁模拟器)以及LPKF样品板制作应用程序。这个设计实例的主要目的是把Serenade的模拟结果与Ensemble的模拟结果以及实测数据进行比较。

表1总结了这个设计实例中用到的所有CAD/EDA工具。注意所有的工具都在PC上使用。

表1. 滤波器设计中使用的CAD/EDA工具。

滤波器设计

我们使用了一种四片式微带发夹式滤波器结构来实现响应中心值为2.6GHz，带宽为3dB(约为280MHz)的带通式滤波器。最初的设计通过Serenade桌面的原理抓取器输入(见图1)，该设计使用了Harmonica的微带分布元件库。

Harmonica分布库模型包含了一种多耦合线元件(MCPL)模型，这个模型可以用来设计发夹滤波器的耦合部分。MCPL使用了一个全波频域算法，能够在任意给定的频率范围，准确计算任意线宽，间隔和组合的多达20条的耦合线的电气特性。在图1所示原理图中，MCPL元件是图中居中的八条耦合线。

图1 Serenade中的微带发夹式滤波器的原理图。

发夹式滤波器的转折部分表示成子电路(“U”型符号)，它包括直的传输线部分以及转弯的连接部分。由于没有为滤波器指定屏蔽区域，所有的辐射效应都应被纳入考虑的范围。Harmonica和Ensemble两个模拟器都是这样做的。基材选择了Rogers TMM-4。它的相关规格祥见表2。

表2 Rogers TMM-4基材规格

滤波器的尺寸经过优化，以实现需要的带通波段。由于MCPL元件能够模拟任意的线宽和线距组合，通过优化参数，我们保留了滤波器的对称性设计。

滤波器制作

滤波器在Harmonica中经过了再三优化之后，其拓扑结构就可以被输出成设计图样。Serenade的桌面菜单中包含了一项S2A布线工具，打开它之后，它会自动根据之前的原理图生成设计图。

图2 由Serenade图案设计软件生成的设计图.

随后，利用S2A，我们可以生成一个DXF文件。这个文件被导入到LPKF CircuitCAM中，经过简单处理之后，生成雕刻机应用软件LPKF BoardMaster能够识别的加工文件。CircuitCAM是用来在导线间生成绝缘沟道，同时对设计图进行检查和编辑的工具。图3展示了CircuitCAM的处理结果。最终的设计图样被输入到LPKF ProtoMat 95s系统中(图4)，准备加工。

图3 LPKF的CircuitCAM程序生成的切割轨迹