Ｃ波段高阻带抑制的微带带通滤波器设计侯旭洁陈星邓世雄北京１００１９１）（北京航空航天大学电子信息工程学院摘要：在二三次谐波处是否具有比较高的衰减是衡量低通和带通滤波器性能的重要指标之一。为了实现带通滤波器在二三次谐波处能有比较高的衰减，利用将发夹形带通滤波器与椭圆微带线低通滤波器串联的形式来实现此目标・其中串联椭圆微带线低通滤波器是为了更好的衰减二三次谐波。给出了利用ＡＤＳ和ＡｎｓｏｆｔＤｅｓｉｇｎｅｒ的具体设计过程。最后测试结果表明：该滤波器通带内插入损耗小于４ｄＢ，二三次谐波处具有５０ｄＢ衰减，整个阻带内衰减大于５０ｄＢ，满足了实际应用需求。国家标准学科分类代码：５１０．１０２５关键词：二三次谐波；带通滤波器；衰减中图分类号：ＴＮ９１４文献标识码：ＡＤｅｓｉｇｎｏｆａｈｉｇｈｓｔｏｐｂａｎｄｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒａｔｔｈｅＣｂａｎｄＨｏｕＸｕｊｉｅＣｈｅｎＸｉｎｇＤｅｎｇＳｈｉｘｉｏｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｔｈｅｒｉｔｈａｓｅｎｏｕｇｈｓｔｏｐｂａｎｄａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎａｔｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙａｎｄｔｅｒｔｉａｒｙｈａｒｍｏｎｉｃａｉｓａｔｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｆｉｌｔｅｒ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｈａｓｔｅｒｔｉａｒｙｈｉｇｈａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙａｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈａｉｒｐｉｎｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒａｎｄｅｌｌｉｐｔｉｃｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｃａｎｌｏｗｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｅｌｌｉｐｔｉｃｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｔｏｗｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｐａｐｅｒｒｅｓｔｒａｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙａｎｄｔｅｒｔｉａｒｙｈａｒｍｏｎｉｃｂｅｔｔｅｒ．ＴｈｉｓｇｉｖｅｓｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｂｙｕｓｉｎｇＡＤＳａｎｄＡｎｓｏｆｔＤｅｓｉｇｎｅｒ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｓｅｒｔｉｏｎｌｏｓｓｏｆｔｈｅｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ４ｄＢｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐａｓｓｂａｎｄａｎｄｔｈｅｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｈａｓｍｏｒｅｔｈａｎ５０ｄＢａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎａｔｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙａｎｄｔｅｒｔｉａｒｙｈａｒｍｏｎｉｃ．Ｗｈａｔｉｓｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｔｈａｔｔｈｅｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｈａｓｍｏｒｅｔｈａｎ５０ｄＢａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｓｔｏｐｂａｎｄ，ｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｃｏｎｄａｒｙａｎｄｔｅｒｔｉａｒｙｈａｒｍｏｎｉｃ；ｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ；ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ１引言波器的二三次谐波，采用了将发夹形带通滤波器与低通滤波器串联的形式来实现所要设计的带通滤波器。利用ＡＤＳ和ＡｎｓｏｆｔＤｅｓｉｇｎｅｒ按要求仿真设计，最终实现了在通带４．２～４．５Ｇ内插入损耗小于４ｄＢ，回波损耗大于１５ｄＢ，二三次谐波处抑制大于５０ｄＢ的高性能带通滤波器在现代电子系统中具有重要的地位，其性能的优劣对整个系统性能的影响非常大。根据工艺实现形式的不同，可将滤波器分为以下几类：声表面滤波器、集总滤波器和微带滤波器等。在微波频段，由于工作波长与滤波器原件的物理尺寸差距不是很大，因此会产生多方面的损耗进而使电路的性能严重恶化，以至于在微波频段很难用集总元件来实现滤波器的设计ｎ。２］。由于微带带通滤波器制作方便、设计简单、体积小并且便于集成，因此微带带通滤波器在微波电路中得到广泛的应用口］。在各式各样的微带带通滤波器中，发夹形带通滤波器由于有紧凑的结构并且带外抑制高等优点而得到广泛的应用。为了更好的抑制发夹形带通滤收稿日期：２０１３－０６・滤波器。２微带滤波器的设计原理２．１微带低通滤波器本次设计先利用滤波器向导生成集总参数的低通滤波器，再通过用高阻抗的微带线等效电感如图１所示，用扇形短截线来等效电容，从而实现了集总参数到分布参数的变换。１８・万方数据——侯旭洁等：Ｃ波段高阻带抑制的微带带通滤波器设计２——２２２２２２２２２２２２＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝三＝＝＝＝圭＝兰兰＝兰＝釜三兰；；三；；；；；；：；；！：！：第９期：垒的耦合部分超过了１／４波长，因此平行耦合带通滤波器的Ｔｃｒｍ２耦合作用比较强，使得其具有良好的宽带特性。平行耦合线带通滤波器的设计式（１）所示：盘：／三叠ｙｏ～２ｇ。ｇ。ｎ。。百一Ｔ瓦ｉ厂１’…川。１Ｊｊ，ｊ＋１一ｎＦＢＷ１１，挚：．／掣ｙ０～２９。ｇ＊。㈤“７在带通滤波器的设计中经常采用比较高阶的带通滤波图１电感等效微带线器，这样做的目的是为了得到良好的传输特性，但与此同时，电路的物理尺寸会随着滤波器阶数的增加而变大，导致利用ＡＤＳ搭建如下的电路，在第２个电路中用微带线来代替第１个电路中的电感。在ＡＤＳ中进行仿真优化，使给设备的装配带来不必要的麻烦。相比平行耦合线滤波器，ＳＩＲ滤波器口１和发夹形带通滤波器卟３也得到了很好的应用，设计主要采用发夹形带通滤波器，如图４所示。得２个电路的传输特性无限接近，当固定微带线的宽度，就可以得到等效电感的长度。利用ＡＤＳ中扇形短截线生成向导可以根据旁路电容快速得到等效扇形短截线的尺寸，如图２所示。在该向导中，需要知道该扇形短截线的工作频率，等效电容以及扇形的角度。设计中扇形的Ⅳ固定为０．１５ｍｍ，如图３所示。』』脚毗图４发夹形带通滤波器２．３二三次谐波的抑制无论是低通滤波器还是带通滤波器，都存在二三次谐波的问题，即就是在通频带的２倍频率和３倍频率处出现不希望的通频带口］。这是因为微波滤波器采用分布参数元件，当频率超过某一数值时，元件的电抗、电纳将相互转化，电感变成电容，电容变成电感，导致阻带中出现新的通带。二三次谐波问题如图５所示。ＤＡＭＲＳｍｂｌ３ＤＡＭＲＳｔｕｂｌＦ＝Ｃｉｎ＝Ｗ＝０．１５ｒａｍＡｎｇｌｃ。图２扇形短截线生成向导图３扇形短截线结构２．２微带带通滤波器滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通图５带通滤波器高次谐波带内的频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。平行耦合线带通滤波器Ｈ１属于分布参数滤波器，它是由微带线或耦合微带线构成，由于具有重量轻、结构紧凑、价格低、可靠性高、性能稳定等优点，因此广泛应用于微波集成电路中，同时它也是一种被广为应用的带通滤波器。由于平行线耦合带通滤波器是由２条相互平行且靠近的微带线构成，属于１／２波长谐振滤波器，又因为相邻枝节之间设计中，要求对阻带范围内有５０ｄＢ的衰减量，因此能否很好的抑制滤波器的带外二三次谐波对滤波器设计的成败至关重要。在一般的设计中可以采用缺陷地口］、半波长谐振器凹’１玎方法来抑制二三次谐波，以上２种方法适合于带宽中心频率较低的带通滤波器，设计的带通滤波器通频带为４．２～４．５Ｇ，因此使用以上２种方法显然不能达到设计的标准。通过以上分析，设计采用串联低通滤波器的方・】９・万方数据篁！！童法来实现对二三次谐波的抑制。皇兰型兰垫查３微带带通滤波器的设计３．１低通滤波器模型的生成利用ＡＤＳ２０１１滤波器向导生成一个截止频率为５Ｇ圣■胃的７阶集总参数串联椭圆形低通滤波器，如图６所示。运用２．１节中的等效方法，分别用高阻抗微带线等效电感，用扇形短截线等效电容。在等效过程中，将微带线的宽度设置为０．１５ｍｍ，从而求得各个微带线长度；将扇形短截线中Ｗ固定为０．１５ｍｍ，扇形所对的圆心角设置为６０。，从而求出各个扇形短截线的长度Ｌ。兽图７ＡＤＳ中最后优化结果着带宽的增加而变窄，利用ＡＤＳ软件可以将耦合间隙优化到很小，虽然此时在理论上仿真时可以达到预期的设计标准，但此时将对板子的加工制作是很大的挑战，同时耦合间隙过小也会使得仿真结果与实际制作的板子性能差距比较大，而且也增加了实际测试的误差，因此设计优化时设置耦合间隙的优化尺寸下限为０．１８ｍｍ。图６微带线低通滤波器设计的高性能带通滤波器是将发夹形带通滤波器与低通滤波器串联，利用低通滤波器来更好的抑制发夹形带通滤波在ＡＤＳ中对该电路进行优化，如图７所示。３．２带通滤波器模型的生成利用ＡＤＳ２０１１滤波器向导生成通带为４．２～４．５Ｇ的发夹形带通滤波器。需要注意的是，滤波器耦合间隙会随器的二三次谐波。在√蟠中进行仿真优化，直到通带和阻带内的性能符合设计要求，如图８所示。仿真时，可以将低通滤波器固定不进行优化，只优化发夹形带通滤波器部分。ＭＬＤＪＭ¨ＰＣＢＮＤ３ＭＤＳＭＬＩＮＢ７ＴＬ６ＭＤＳＭＴＥＥＴｃ０２ＭＬＯＣＴＬ９警蒹眦ＭＳＯＢＮＤＢｅｎｄＩ畔—皂一Ⅵ１］ＭＤＳ一一蓥吾ＭＬＩＮＴＬ３ｌ似口罂尸］气＿ＬＬＭＳＯＢＮＤ——ＭＤＳＢｅｎｄ５星耄黜Ⅶ睦口豁口』ＭＬＩＮＴＬ５瓣口』ＭＳＯＢＮＤ＿ＭＤＳＢｅｎｄ２一鹰器裂１舢ＭＳＯＢＮＤ——ＭＤＳＭＬＩＮＢｅｎｄ９ＴＬ７ＭＳＯＢＩＢｅｎｄｌ０ＭＳＯＢＮＤ——ＭＤＳＢｅｎｄ６嘿嘲眦薹蚕Ⅸ７Ｔｅｍ—ＭＴＡＰＥＲ—ＭＬ—ＩＮＴｅｍ２ｌｅｅ２Ｖ—ＭＬ—ＩＮ｛ＴＬｌ３Ｍ—ＴＥ—ＥＴｅｅ４ＡＤＳｍｎＭＬＩＮＡＭＴＡＰＥＲＴａｐｅｒ４ＴＬｌ２ＭＴＥＥＮｕｍｐｅｒ３Ｚ＝５０ｎＡＤＳ巾￣Ⅱ一ＩＮ…ＴＬｌ６ＭＲＳＴＵＢＳｔｕｂｌＴｅｅ３一嚣翟阻，ｌ宝【ＬＩＮＬ１８ＴＬｌ５ＭＲＳｌ’ＬｍＳｔｌｌｂ３图８ＡＤＳ仿真原理・２０・万方数据万方数据篁！！童垒重型耋垫查主要研究方向为射频通信电路。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｏｕｘｕｊｉｅｌ９８９＠１６３．ｃｏｍ陈星，１９５７年出生，北京航空航天大学副教授，硕士生导师，主要研究方向为数字通信与计算机测控。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｏｕｓｈａｊｉａｎ（园ｒｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ邓世雄，１９８８年出生，北京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为射频通信电路。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｉｘｉｏｄｅ＠１２６．ｃｏｒｎ［１０］陈付昌，褚庆昕．基于组合多通带谐振器的三频滤波器设计ＥＪ］．华南理工大学学报，２００９，３７（１）：１１－１４．［１１］陈丽．中频数据采集前端电路的设计［Ｊ］．国外电子测量技术，２００９，２８（７）：４５—４８．［１２３黄玉兰．基于ＡＤＳ的微带低通滤波器的实现ＥＪ］．西安邮电学院学报，２００９，１４（５）：９－１２．作者简介侯旭洁，１９８９年出生，北京航空航天大学硕士研究生，（上接第８页）［６］段松杰，张晓光，张闯志．基于广义回归神经网络的传感器非线性误差校正ＥＪ３．传感器与微系统，２００８，２７（１２）：１４—１６．Ｅ１２］崔文德，李铁鹏，牛建永，等．热敏电阻低温测量方法研究［Ｊ］．宇航计测技术，２０１０，３０（４）：２５—３１．［１３］朱凯，王正林．精通ＭＡＴＬＡＢ神经网络［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１０．［１４］罗亮生，包雪松，王国英．数值分析（全美经典学习指导系列）［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２．［７］赵立燕，刘军，许亮．基于神经网络校正的ＮＴＣ热敏电阻传感器系统［Ｊ］．仪表技术与传感器２００８（５）：７４—７６．［８３张强，杨永平．基于神经网络的ＮＴＣ热敏电阻校正方程的试验研究ｌ－Ｊ３．陕西理工学院学报：自然科学版，２０１２，２８（２）：６－９．作者简介韩春玉，１９８５年出生，助理工程师，工学硕士。就职于煤炭科学研究总院沈阳研究院大连分院，助理工程师。王玉影（通讯作者），１９７９年出生，工程师，工学硕士。主要研究方向为煤矿安全。近年来，主持参与了“井工矿［９］龙礼，张合．三轴地磁传感器误差的自适应校正方法［Ｊ］．仪器仪表学，２０１３，３４（１）：１６１—１６５．［１０］王悦，叶海明，颜骥．Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ｃＶｌ下基于ＢＰ神经网络的温度补偿虚拟湿度测量系统设计［Ｊ］．国外电子测量技术，２００７，２６（１１）：３６—３８．［１１］郑慧娜，陈春燕，季炜淞，等．基于ＳＴＣｌ２Ｃ５４１０ＡＤ的智能充气系统设计［Ｊ］．电子测量技术，２０１１，３４（２）：６２—６５．人员定位系统”、“视频监控系统”、“露天矿ＧＰＳ卡车调度系统”等多个项目的实施。Ｅ—ｍａｉｌ：１２３１５２５８＠ｑｑ．ｃｏｍ・２２・万方数据C波段高阻带抑制的微带带通滤波器设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
侯旭洁， 陈星， 邓世雄， Hou Xujie， Chen Xing， Deng Shixiong北京航空航天大学电子信息工程学院 北京100191电子测量技术
Electronic Measurement Technology2013,36(9)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzcljs201309005.aspx
