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一种超高频带通滤波器的设计方案

本文摘要:本文讲解一种在理论设计的基础上,使用ADS软件对射频滤波器展开优化及建模的方法,重点阐释射频滤波器的方案设计过程中的优化设计、器件建模以及矩量法分析等涉及内容。射频滤波器的测试结果表明其通带内波纹大于3dB,带上内输入输出端口反射系数大于-20dB,阻带波动小于40dB,比起于传统设计方法,本方案中的设计方法具备可行性和有效性。 0章节 射频滤波器在无线通信系统中至关重要,起着频带和信道自由选择的起到,并且能杂讯谐波,诱导杂散。

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本文讲解一种在理论设计的基础上,使用ADS软件对射频滤波器展开优化及建模的方法,重点阐释射频滤波器的方案设计过程中的优化设计、器件建模以及矩量法分析等涉及内容。射频滤波器的测试结果表明其通带内波纹大于3dB,带上内输入输出端口反射系数大于-20dB,阻带波动小于40dB,比起于传统设计方法,本方案中的设计方法具备可行性和有效性。  0章节  射频滤波器在无线通信系统中至关重要,起着频带和信道自由选择的起到,并且能杂讯谐波,诱导杂散。事实上,对于大多数现代滤波器的设计,射频/微波仿真软件是一个意味著适当的、评估滤波器性能的工具。

美国安捷伦(Agilent)公司发售的大型EDA软件AdvancedDesignSystem-ADS就是其中的佼佼者,也是国内各大学和研究所在微波电路和通信系统建模方面用于最少的软件之一。本文在理论设计的基础上,利用ADS软件对耦合微带线带通滤波器展开优化设计,节省了设计时间,提升了方案设计的精度和方案设计的效率。  1理论设计  1.1设计指标  耦合微带线带通滤波器的设计指标如下右图:  (1)通带频率范围:902~928MHz,中心频率为915MHz;  (2)带上内波纹大于3dB;  (3)阻带损耗:850MHz以下及950MHz以上波动小于40dB;  (4)带上内输出/输入端口反射系数大于-20dB.  耦合微带线带通滤波器的设计使用FR-4作为基片材料,基片参数为:d=1.6mm,Er=4.5,tan=0.02,铜导体的厚度t=0.035mm.  1.2理论计算出来  当频率超过或相似GHz时,滤波器一般来说由产于参数元件包含,产于参数不仅可以包含低通滤波器,而且可以包含带通和带阻滤波器。平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起包含,由于两个传输线之间电磁场的相互作用,在两个传输线之间不会有功率耦合,这种传输线也因此称作耦合传输线。

平行耦合微带线可以包含带通滤波器,这种滤波器是由14波长耦合线段包含,是一种常用的产于参数带通滤波器。当两个无屏蔽的传输线紧邻一起时,由于传输线之间电磁场的相互作用,在传输线之间不会有功率耦合,这种传输线称作耦合传输线。根据传输线理论,每条分开的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。

每条微带线的特性阻抗为Z0,互相耦合的部分长度为L,微带线的宽度为W,微带线之间的距离为S,偶模特性阻抗为Ze,奇模特性阻抗为Z0.单个微带线单元虽然具备滤波特性,但其无法获取平缓的通带回阻带的过渡性。如果将多个单元级联,级联后的网络可以具备较好的滤波特性。滤波器设计首先要自由选择必要的低通滤波器原型,滤波器的阶数可以根据950MHz频率点的波动小于40dB的拒绝确认。利用带通滤波器频率转换公式如下:  要在低通滤波器原型的适当归一化频率点=2.64一处取得40dB的波动,滤波器的阶数最少为N=4,则必须使用5节耦合微带线级连。

根据设计指标中必须的波动和波纹,指定使用托比雪夫设计方法,则由此可知具备3dB波纹的4阶切比雪夫滤波器的元件参数为g0=1,g1=3.4389,g2=0.7483,g3=4.3471,g4=0.5920,g5=5.8095.  耦合微带线带通滤波器中传输线的奇模、偶模通过公共相接地板产生耦合效应,并造成了奇模特性阻抗和偶模特性阻抗,其公式分别如下右图:  对于平行耦合微带线而言,利用ADS软件中的工具LineCalc,可以展开物理尺寸和电参数之间的数值计算出来,根据计算出来扣除平行耦合微带线奇模和偶模的特性阻抗,计算出来平行耦合微带线导体带上的角度和间隔距离。由上述特性阻抗,可得微带线的实际尺寸如表格1右图。


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