對於射頻工程師來說，集總元件通常用於為各種應用設計不同類型的濾波器。但是，在設計具有表面黏著集總元件（即電感器和電容器）的濾波器時，頻率的提高是有限的。對於帶通濾波器，當目標中心頻率超過幾 GHz 時，工程師通常會放棄集總元件方法，轉而採用其他方法。
然而，透過利用精確的元件模型，可以成功設計頻率遠遠超過幾 GHz 的集總元件濾波器。為了證明這一點，我們將看一個由 01005 尺寸表面黏著電感器和電容器組成的帶通濾波器的設計範例。為了模擬此濾波器，我們將結合使用 Keysight PathWave 高級設計系統 (ADS) 和 Modelithics Microwave Global Models™ 來建立元件。這些模型包含在 Modelithics COMPLETE Library™ 中。
先前Modelithics 已經介紹了結合微波全局模型的帶通濾波器的各種範例。對於這個例子，我們將超越這個範圍，進入 X/Ku 頻段頻率領域。具體來說，我們的帶通濾波器目標是 10.5 至 14.5 GHz 的通頻帶。
現在讓我們繼續深入研究這個例子。圖 1 顯示了完整的濾波器原理圖，其中包括 Murata 01005 尺寸 LQP02TQ 電感器系列（型號 IND-MUR-01005-103）和 Yageo 01005 尺寸 CQ0100 電容器系列（型號 (CAP-YAG-0105) -001)。
您可能還記得之前的一篇部落格文章中討論了IND-MUR-01005-103 模型，該部落格文章重點介紹了Modelithics 的舉措，即提供更多經過更高頻率（如50 或67 GHz）驗證的模型。如同部落格所述， Murata LQP02TQ 電感器系列型號首次推出，型號為 IND-MUR-01005-003，經驗證的頻率範圍為 DC 至 30 GHz。該型號後來被 IND-MUR-01005-103 型號取代，該型號經過 67 GHz 驗證。 CAP-YAG-01005-001 型號也經過了 67 GHz 的驗證。 IND-MUR-01005-103 型號的電感範圍為 0.4 至 22 nH，而 CAP-YAG-01005-001 型號的電容範圍為 0.1 至 15 pF。
圖 2 顯示了帶通濾波器的佈局。還建構並測量了濾波器，以便將模擬結果與測量數據進行比較（圖 3）。表 1 列出了本設計中使用的零件。
利用 RFPro EM 環境在 ADS 中執行了 EM/電路聯合模擬。對於無法存取 Modelithics 模型的人來說，一種可能的設計方法是使用可用的 S 參數資料檔來模擬元件。然而，這些資料檔案的缺點之一是資料僅代表使用特定基板/測試夾具的元件效能。相較之下，Modelithics 模型會根據基底適當縮放。例如，讓我們回到 ADS 模擬專案並更改與所有模型關聯的基材定義。我們將其從 4 密耳厚的 Rogers RO4350B 更改為 10 密耳厚的 Rogers RO4350B。當我們模擬該濾波器時，我們看到的結果與測量數據有很大差異（圖 4）。此分析顯示，包含 S 參數資料檔案的模擬可能無法準確預測現實生活中的效能，因為這些資料檔案可能代表使用完全不同的基板時元件的效能。
現在讓我們將模型相關的基材定義改為正確的基材（即 4 密耳厚的 Rogers RO4350B）。圖 5 顯示了模擬的 S 參數和測量的 S 參數。現在，我們看到模擬結果與測量數據非常吻合。請注意我們如何實現 10.5 至 14.5 GHz 通頻帶響應的目標。
總而言之，我們展示如何使用集總元件來設計中心頻率達到 X/Ku 頻段的帶通濾波器。我們還展示了 Modelithics 微波全局模型如何使此類設計一次性成功。 Modelithics 提供了許多經過毫米波頻率驗證的模型，使設計人員能夠預測這些高頻下的實際性能。如果我們此處展示的內容與您可能有的任何要求類似，您可能需要考慮在下一個設計專案中使用 Modelithics 模型。
引用來源：
- C. DeMartino, “EM/Circuit Co-Simulation Made Easy and Accurate with Keysight RFPro and Modelithics Models.” Modelithics, Blog Post, January 2022.
- C. DeMartino, “Application Note 081: EM/Circuit Co-Simulation Using Modelithics Models in Keysight Genesys.” Modelithics literature: https://www.modelithics.com/Literature/AppNote.
- C. DeMartino, “Microwave Supermodels Reach the mmWave Realm.” Modelithics, Blog Post, January 2024.
- C. DeMartino, “Application Note 077: Using Modelithics Models with RFPro in Keysight PathWave ADS.” Modelithics literature: https://www.modelithics.com/Literature/AppNote.
原文轉載來自Chris DeMartino – Push Higher Frequencies with Lumped-Element Filters
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