一種EOC專用雙工濾波器的仿真設(shè)計與實現(xiàn)

摘要 闡述了EOC設(shè)備上雙工濾波器的設(shè)計方法。濾波器由LC低通濾波器和LC高通濾波器組合而成，通過ADS2005仿真計算，研究了貼片電容和空心線圈電感，在FR-4板材上實現(xiàn)高性能濾波器的可行性。通過優(yōu)化設(shè)計，提高了隔離度和帶外抑制性能，對研制的濾波器電感線圈匝間距進(jìn)行實驗微調(diào)，產(chǎn)品匹配性良好，各項指標(biāo)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞 濾波器；FR-4板材；電感；電容

目前市場上的雙工濾波器是由低通濾波器和高通濾波器組合在PCB上的三端口微波器件，分別為混合頻率輸入端、低頻輸出端、高頻輸出端。根據(jù)目前中國國內(nèi)廣電市場的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，雙工器的頻率范圍為0～30MHz，47～1 GHz；O～65MHz，87～1GHz等，以適應(yīng)不同地域的頻帶劃分。在國家規(guī)劃廣電、電信等網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)合一工程中，雙工濾波器目前成為其中基帶EOC以及調(diào)制EOC等主要設(shè)備上應(yīng)用最多并且關(guān)鍵的微波元件，其中的反射、傳輸、隔離度、帶外抑制都是影響網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。
文中介紹的雙工濾波器頻段為0～30MHz，47～1GHz，業(yè)內(nèi)稱作30／47雙工，射頻阻抗75Ω，指標(biāo)要求為各個端口反射-20 dB，傳輸損耗在1 dB以內(nèi)，帶外抑制-50 dB，頻帶間隔離度-50 dB。其基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。


該雙工器采用模塊化結(jié)構(gòu)，可批量生產(chǎn)，并且測試、安裝、調(diào)試方便。雙工器的PCB材質(zhì)采用FR-4板材，介電常數(shù)ε值約為4.3～4．9，標(biāo)準(zhǔn)值為4.6?；搴穸? mm；覆銅厚度0．03 mm。金屬電導(dǎo)率：5．78e+7。雙面敷銅，正為空心線圈電感，背面為貼片電容，外部加裝金屬屏蔽殼并接地。
電感和電容值采用數(shù)學(xué)模型計算并采用計算機仿真進(jìn)行多次驗證，通過逐步改變電容和電感的值，使仿真結(jié)果符合預(yù)定設(shè)計要求，在生成實物樣品后在通過微調(diào)電感線圈的匝間距完善雙工器的指標(biāo)，其重點和難點在于電容電感值不易選取，殼體過小使電感之間的影響較大，批量生產(chǎn)一致性不好等問題，文中將系統(tǒng)闡述如何解決。

1 濾波器設(shè)計
30／47雙工采用橢圓函數(shù)濾波器模型，如圖2所示。根據(jù)橢圓函數(shù)濾波器的設(shè)計原理可計算出其中的電容、電感參數(shù)值，如表1所示。其中低通部分3組LC回路參數(shù)為對稱參數(shù)，元件值相同。電路采用分立電感、電容元件的設(shè)計方案，主要是調(diào)試方便，帶外抑制、隔離度較好。

計算出電感電容值后，還需考慮PCB布線、元件排列、電感之間的互感等因素，其中PCB布線能夠增加電路的寄生電容和寄生電感，寄生電容占主要部分，這就需要在調(diào)試過程中對元件的取值進(jìn)行二次修正。