一种EOC专用双工滤波器的仿真设计与实现

摘要 阐述了EOC设备上双工滤波器的设计方法。滤波器由LC低通滤波器和LC高通滤波器组合而成，通过ADS2005仿真计算，研究了贴片电容和空心线圈电感，在FR-4板材上实现高性能滤波器的可行性。通过优化设计，提高了隔离度和带外抑制性能，对研制的滤波器电感线圈匝间距进行实验微调，产品匹配性良好，各项指标达到国家标准。
关键词 滤波器；FR-4板材；电感；电容

目前市场上的双工滤波器是由低通滤波器和高通滤波器组合在PCB上的三端口微波器件，分别为混合频率输入端、低频输出端、高频输出端。根据目前中国国内广电市场的网络规划标准，双工器的频率范围为0～30MHz，47～1 GHz；O～65MHz，87～1GHz等，以适应不同地域的频带划分。在国家规划广电、电信等网络三网合一工程中，双工滤波器目前成为其中基带EOC以及调制EOC等主要设备上应用最多并且关键的微波元件，其中的反射、传输、隔离度、带外抑制都是影响网络信号优劣的关键指标。
文中介绍的双工滤波器频段为0～30MHz，47～1GHz，业内称作30／47双工，射频阻抗75Ω，指标要求为各个端口反射-20 dB，传输损耗在1 dB以内，带外抑制-50 dB，频带间隔离度-50 dB。其基本结构，如图1所示。


该双工器采用模块化结构，可批量生产，并且测试、安装、调试方便。双工器的PCB材质采用FR-4板材，介电常数ε值约为4.3～4．9，标准值为4.6。基板厚度1 mm；覆铜厚度0．03 mm。金属电导率：5．78e+7。双面敷铜，正为空心线圈电感，背面为贴片电容，外部加装金属屏蔽壳并接地。
电感和电容值采用数学模型计算并采用计算机仿真进行多次验证，通过逐步改变电容和电感的值，使仿真结果符合预定设计要求，在生成实物样品后在通过微调电感线圈的匝间距完善双工器的指标，其重点和难点在于电容电感值不易选取，壳体过小使电感之间的影响较大，批量生产一致性不好等问题，文中将系统阐述如何解决。

1 滤波器设计
30／47双工采用椭圆函数滤波器模型，如图2所示。根据椭圆函数滤波器的设计原理可计算出其中的电容、电感参数值，如表1所示。其中低通部分3组LC回路参数为对称参数，元件值相同。电路采用分立电感、电容元件的设计方案，主要是调试方便，带外抑制、隔离度较好。

计算出电感电容值后，还需考虑PCB布线、元件排列、电感之间的互感等因素，其中PCB布线能够增加电路的寄生电容和寄生电感，寄生电容占主要部分，这就需要在调试过程中对元件的取值进行二次修正。