接收机镜像抑制滤波器的设计

2012-12-17电子科技大学电子工程学院褚童松习友宝

电子世界 2012年7期

电子科技大学电子工程学院褚童松习友宝

1.引言

射频滤波器是接收机中必不可少的部件，可以用来组合和分开不同频率的信号，如在混频或倍频的通路中实现频率的选择。由于电磁波谱资源的有限性，通过使用滤波器既可以让某一频段的信号顺利的通过，又可以有效地抑制其他频段的信号经过该系统。从不同的方面来给微波滤波器分类：按作用分类（如低通、带通等），按结构分类（如微带线、波导等），按照加载方式可分为（如单终端、双终端）等[1]。

2.发夹型滤波器的原理

2.1 工作原理分析

发夹型滤波器的耦合结构在原理上属于交叉耦合，即负载端和输入端的耦合通路不唯一，除了基本的相邻两个谐振器的直接耦合外，其它谐振器两两之间还存在着微弱的耦合[3]。虽然发夹型谐振器和平行耦合谐振器一样都是半波长的谐振器，但是与平行耦合结构相比更加紧凑，减小了尺寸从整体上降低了滤波器的成本。与普通的梳状线带通滤波器相比，不需要在谐振臂的末端加过孔，消除了在设计过孔时引入的误差。因此微带线滤波器的设计中得到较多的使用。图1给出了两种常用发夹型谐振器的基本结构。

其中（a）所示的结构较为简单，Dishal的理论证明了发夹型滤波器的各臂可以采用相同的特性阻抗，只需要通过调节相邻谐振器之间的距离最终可以达到满足设计参数的滤波器[3]。

图1 两种常用发夹型谐振器的结构

2.2 滤波器的仿真设计

本课题中设计的发夹型滤波器的指标要求：中心频率工作在830MHz，带宽为30MHz，工作时的插入损耗小于6dB，输入和输出反射系数小于-14dB，小于763MHz处阻带抑制为-50dB。

ADS2008是由安捷伦公司推出的专门用于射频与微波电路的仿真和设计的辅助工具，它大大缩短了射频电路的设计周期，既能够进行系统的总体仿真又能进行各部分的仿真，是一款性能优良的电子设计自动化软件[2]。利用ADS软件中微带线计算小工具可算出每个谐振臂微带线的大体尺寸。该滤波器的介质基板使用F4B-2高频板，介电常数ε=2.65，板材厚度0.5mm，覆铜高度为35um。

图2所示为使用ADS软件建立的原理图模型：

图2 发夹型滤波器原理图

经过软件的优化仿真得到的原理图仿真结果如图3所示。

图3 滤波器原理图仿真结果

图4 中心频率和带宽实际效果

从上图的仿真结果看插入损耗小于1dB，带外抑制有-50dB,完全达到了设计的目标。但在滤波器基片的实际加工过程中由于加工精度不够和材质本身的影响，往往会造成中心频点的漂移，因此在做原理图仿真的时候往往将设置优化的目标中心频点向下调整10MHz左右。

3.实物测试效果和实物图

图4和图5是使用Agilent8712ET射频网络分析仪的测试图，从图中可以看到滤波器的中心频点在826MHz，3dB带宽为37.8MHz，插入损耗为-5.7dB，中心频点向下偏移了4MHz。图4中偏移中心频率67MHz处抑制为-50dB以上。但是反射系数不够好830MHz处约为-13dB。该滤波器的实际插入损耗比较大的主要原因是谐振臂之间的距离较大，而在ADS软件中的原理图和LAYOUT仿真时采用的均为理想模型，对无源的微波元器件最好能使用HFSS软件进行仿真，这也是以后需要改进的方面。

另外在微带线的设计和加工上阶梯阻抗发生变化，接头处和弯曲端都不可避免的要发生相位和振幅等多方面的变化，从而引起信号的传输产生误差。对于消除这种误差既可以将发生误差处的模型通过测量建立起来并在实际的设计中作为电路的一部分，也可以通过将直角接头处采用圆滑的弯头或者切角的办法。对于圆滑弯头的半径选取R>3W，其中W为微带线的宽度,切角的处理办法是使得斜切角的长度为A=1.8W[4]。相比较第一种建立误差模型的办法方法二显得更易实现。图6是该滤波器的实物图照片。