关键字 |
| 射频滤波器;切比雪夫滤波器;WLAN过滤器;TLY-5A。 |
介绍 |
| 无线电频率(RF)和微波滤波器是二战以来[1]。此后各种结构方面的研究人员日前过滤密实度和频率选择性。平行耦合线,梳子,国米数字和发卡行重要的带通和带阻滤波器的设计,显示良好的回应,然而健壮和高效过滤器结构需要的小时[2]。 |
| 过滤器中起着重要作用在射频和微波通信系统。宽带应用程序需要耦合微带线和带状线滤波器,因为需求选择性并不严重。另一方面,无线应用程序需要微型过滤器由于空间和成本的限制。在大小的减少成为主要考虑宽带无线接入通信系统中实际应用。然而,滤波器的性能不能减少的影响大小和设计紧凑的过滤器应达到良好的系统性能,如良好的带宽,低回波损耗和准确centerfrequency [2]。 |
| 滤波器的电气性能描述插入损耗、回波损耗、频率选择性衰减或抑制乐队,群时延变化在通频带。过滤器是需要小的插入损耗和回波损耗大阻抗匹配和连接组件,和高频率选择性,以防止干扰。在力学性能方面,过滤器是需要体积小、质量和良好的温度稳定性[2 - 4]。 |
对小型带通滤波器 |
| 滤波器设计属于早期在1915年瓦格纳在德国和美国坎贝尔想出了一个主意,“电波过滤器”基于集总参数近似输电线路。祖贝儿在1920年代在贝尔实验室发表一个过滤器使用图像参数技术设计。大约在1940年,达林顿,标出延长早期的理论完全合成网络规定转移函数。由于重要的计算要求,这些方法仍主要学术兴趣,直到数字计算机被用来合成低通原型,从其他滤波器结构。这些低通原型列表对许多滤波器传输函数命名的数学家参与多项式的发展,如巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等。此后数最小化技术提出的一些研究。最小化是通过使用虚假响应抑制技术,设计使用开放存根扰动对多模操作和零点一代在阻带控制阶梯阻抗谐振器和inter-digital耦合结构,信号干扰技术和形状修改使用四分之一波长存根等[1 - 10]。 |
切比雪夫带通滤波器的设计观点 |
| 切比雪夫滤波器展示一个更好的性能比巴特沃斯滤波器的频率响应[3 - 5]。插入损耗法是最常用的方法是采用设计网络合成特性允许在频率响应精度分析。图1表示滤波器实现的过程。 |
| 设计从过滤器规格和继续低通滤波器原型是规范化的阻抗和频率。低通滤波器可以转化为其他所需的频率范围,通过变换阻抗水平。缩放和转换是用来设计高通、带通和带阻滤波器[3]。 |
| 设计开始与低通原型是一个被动的,互惠的低损耗两端口网络,设计操作从1Ω发生器1Ω负载。滤波器响应具有低通特性的传递带边沿频率ω= 1 [3]。 |
| 切比雪夫滤波器的元素值= 1,ω1 = 1 0.5 db的涟漪如下表1所示。订单用N的数字从1到9 [3]。 |
| 缩放和转换:的扩展过程我们考虑以下参数即阻抗和频率扩展。通过结合阻抗和频率扩展新的元素值将作为表达(1)和(2)。 |
 (1) |
 (2) |
| 转换:转换所需的滤波器设计低通滤波器转换成带通滤波器。这是通过下面的转换。 |
 (3) |
| ω= 1和ω= 1ω1然后ω2地图 |
 (4) |
 (5) |
| 频率往往从低通,带通,如图2所示。 |
| 通过应用转换为电感,电感会转换成系列电感器和电容器的组合并通过应用转换的电容器电容被转换为电感和电容的并联组合。 |
 (6) |
 (7) |
| 实现过滤:使用微带传输线滤波器实现。图3是基本平行耦合微带线耦合器。微条传输线特性阻抗情况 |
 (8) |
| 很容易制造多节平行耦合线带通微带技术的带宽小于20%。当滤波器的带宽变宽,很难制造,因为耦合线需要更密切。平行耦合线过滤器性能的偶数和奇数模式的叠加作用[6 - 8]。 |
| 为了设计一个窄的带通滤波器,耦合线级联数如图4所示。即使是老阻抗表示分别是佐伊和动物园。佐薇的值应该是大约50Ω因为他们代表输入和输出。因此他们匹配SMA连接器[8]。 |
 (9) |
 (10) |
 (11) |
 (12) |
设计规范 |
| 滤波器设计中被认为是最重要的事情是规范如中心频率、带宽、插入损耗、阻带衰减和所需的滤波器的涟漪。表2中列出的过滤器规格参照RF滤波器规范提出了WLAN应用[4]。 |
| 定义了滤波器设计的规格过滤器的顺序应该确定。过滤器的顺序计算 |
 (13) |
 (14) |
| 通带波纹p = 0.5 dB和阻带波纹s = 0.25 dB,因此X = 50.828和8.55 n > = 9 |
| 第九阶切比雪夫滤波器的归一化参数集中元素然后决定基于纹波低通滤波器原型的元素值为0.5 db的涟漪。 |
| 耦合线计算ZoJ1 = 0.1641,佐伊= 59.5500,动物园= 43.1422,考虑n = 1Δ= 0.03和g1 F = 1.7504。最后的偶数和奇数阻抗值确定如表4中列出。 |
结果与讨论 |
| 答:传统的九阶切比雪夫带通滤波器 |
| 第九届秩序的示意图传统的切比雪夫带通滤波器是图5所示。的介电常数和损耗角正切structuremodelled使用TLY-5A分别2.16和0.0009与衬底厚度0.508 mm . next FR4作为衬底。的介电常数和损耗角正切FR4分别5.2和0.019衬底厚度为1.6毫米。 |
| 物理长度(P)宽度(W)和分离(S)是由模拟利用Ansoft设计师SV TLY-5A和FR4如表5和6中规定。 |
| 比较W和S TLY-5A和FR4比TLY-5A FR4更大的尺寸。然而如果P比较FR4 TLY-5A最终使FR4相比小的长度相比,t - 5。从模拟布局TLY-5A和FR4表示在图6和7中,很明显,TLY-5A相比,FR4更小的长度而分离的宽度更大。 |
| 图8和9显示分别TLY-5A和FR4的频率响应。红色线代表了回波损耗(S11)和蓝线代表了插入损耗(S21)。表7是理论和实验结果的比较分析与图8和9。插入损耗的衬底TLY-5A并实现其预期目标价值为-4.59 db而FR4结果离目标与价值为-37.37 db的差异27分贝左右。TLY-5A并实现目标的回波损耗值;然而,对于FR4它没有达到目标。 |
| 关注传统的带通滤波器的带宽设计衬底TLY-5A是更广泛的比预期结果的65 MHz带宽滤波器模拟从FR4由8 MHz窄比预期的结果。 |
| 后一个好传统类型的观察结果,优化是必要的为了实现目标的价值观。基于参数优化研究W(反复试验方法),S和P参数改变,直到所需的值了。我们建议改变一个参数,这样可以看到每个参数的影响。FR4过滤器需要更多优化由于其插入损耗是飘远比t - 5。 |
| 表8和9 TLY-5A和FR4基板的优化值。宽度、空间和物理每个耦合线的长度应该是差不多的,除了第一个和最后一个耦合线与切比雪夫带通滤波器的输入和输出。这反过来会产生回波损耗(S11)。 |
| 图10是TLY-5A的带通滤波器的频率响应。插入损耗S21为-5.97分贝,而回波损耗S11为-15.10分贝。过滤器运行ata运营在100 MHz带宽从5.7到5.8 GHz。TLY-5A有助于目标的优化值。 |
| 图11是FR4频率响应。插入损耗为-10.95分贝。的回波损耗优化FR4产生一个值为-11.41 db和带宽约为463 mhz。优化FR4似乎提高了滤波器的插入损耗和回波损耗而带宽增加了如果过滤器相比之前做了优化。 |
| 表10比较TLY-5A和FR4的模拟结果与理论价值。比较,t - 5过滤器达到预期结果而FR4更好的插入损耗和回波损耗优化后的带宽FR4已经增加了363 mhz。 |
| 表11显示了不同宽度W的影响,间距和每个耦合线的实际长度P。影响了每个参数的参数研究。参数在研究多种多样,而其他人则保持不变。 |
| b .Λ-type切比雪夫9阶带通滤波器 |
| Λ类型过滤器最小化的大小结构主要通过改变平行耦合线的形状。图12和13的设计提出Λ-type切比雪夫9阶带通滤波器分别使用TLY-5A和FR4。Λ类型过滤器展览面积减少51%相比,传统的过滤器。 |
| 图14显示了频率响应的Λ-type TLY-5A切比雪夫九阶带通滤波器,Λ-type带通滤波器的插入损耗设计TLY-5A -5.97 db和回波损耗是在截止频率5.75 ghz -15.10 db。带宽测量在5.701 ghz和5.803 ghz之间的频率范围是102 mhz。 |
| 图15的频率响应是Λ-type FR4切比雪夫九阶带通滤波器。插入损耗(S21)Λ-类型的带通滤波器是-10.95 db和回波损耗(S11)在截止频率5.75 ghz -11.45 db。带宽测量的频率范围是5.499 ghz和5.962 ghz之间是463 mhz。 |
| 表12的比较Λ-type切比雪夫9阶带通滤波器的仿真结果。Λ-type九阶带通滤波器设计TLY-5A基质达到预期值而FR4,带宽不符合规范。然而,Λ-type带通滤波器的带宽设计FR4越来越窄比传统FR4带通滤波器的设计。 |
| 表13比较常规的参数和Λ-type切比雪夫9阶带通滤波器设计使用TLY-5A andFR4。过滤的结果使用TLY-5A大约是相同的。另一方面,频率响应对衬底FR4Λ-type设计比传统的带宽比传统的更窄。然而,插入损耗下降了1.28 db。 |
结论 |
| 本文提出了设计结构减少大小的九阶切比雪夫带通滤波器。带通滤波器的大小减少51%相比,传统的过滤器。结果还表明,过滤器设计TLY-5A展品类似的响应与传统滤波器相比。优化仍然可以进行改进的插入和回波损耗。 |
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表乍一看 |
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| 表1 |
表2 |
表3 |
表4 |
表5 |
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| 表6 |
表7 |
表8 |
表9 |
表10 |
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| 表11 |
表12 |
表13 |
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数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
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| 图11 |
图12 |
图13 |
图14 |
图15 |
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引用 |
- Mongia, R。,Bharita, P., and Bahl, I.J., “RF and Microwave Coupled Line Circuits”, 2nd Ed., Artech House Publishers, 1999.
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