TD_SCDMAA频段交叉耦合腔体滤波器的设计与实现

图 3 双腔模型 F ig . 3 Dual-cavit y mo del
图 6 实物仿真 Fig . 6 Phy sical sim ulatio n
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2 期
吕 婧等: 开关型 D C-DC 控制芯片片上软启动电 路设计
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其功能和性能均已满足设计预期。
“三极子”, 当耦合为“正”时可以产生一个高端 衰减极点; 当耦合为“负”时则可产生一个低端的衰 减极点。三极子可使滤波器的一端得到改善, 其价 是另一端却变差。“四极子”, 当耦合为“正”时可以产 生一对虚拟衰减极点; 当耦合为“负”时则可在高低 两端产生一对衰减极点。四极子是以牺牲远端抑制 来换取滤波器的近端改善。
1 理论分析与指标要求
交叉耦合是滤波器设计的难点, 同轴滤波器的谐 振腔之间用隔墙分开, 谐振腔可以是圆形或者方形。 腔间耦合靠大小适当的耦合窗口、耦合环、耦合哑铃 来实现。同轴腔体滤波器最大的优点就是它可以方便 地实现非相邻腔的交叉耦合, 从而产生多个非对称的 带外衰减极点, 这种特性在无线收发系统中非常有 用。目前应用于同轴滤波器的交叉耦合技术主要有三 极子和四极子。所谓“三极子”, 就是由三个相互耦合 的谐振腔而形成的耦合三角形; “四极子”即由四个相 互耦合的谐振腔而形成的耦合四边形[ 1-3] 。
2 T D 滤波器设计与制作
2. 1 耦合矩阵
采用切比雪夫低通原型, 首先求得电路元件值
g i, 具体公式如下[ 4-5] :
g 0= 1. 0
g 1= 2 sin 2n
g i=
1 4sin gi- 1
( 2i - 1) 2n
·sin
( 2i- 3) 2n
2+ s in2
( i - 1) n
,
i = 2, 3, …n
Qe1 =
g0g1 F BW
Qen
=
g n g n+ 1 FBW
( 2)
M i, i+ 1 = FBW , i = 1, …n - 1 ( 3) gi gi+ 1
由I L 、R L 以及抑制要求可以求出滤波器阶数 n = 6[ 1, 8] , 设通带波纹 LA r = 0. 01 dB, 由 M A T L A B 可 求得: g( 1～7) 分别为: 0. 781 4、1. 360 0、1. 689 7、 1. 535 0、1. 497 0、0. 709 8、1. 100 8, 且 相 对 带 宽
关键词: 时分双工; 三极子; 交叉耦合; 纹波 中图分类号: T N 713 文献标识码: A 文章编号: 1000-3819( 2011) 02-0152-03
Design and Implementation of Cross-coupled Cavity Filter f or TD-SCDMA A Band
2 期
费洪磊等: T D -SCDM A A 频段交叉耦合腔体滤波器的设 计与实现
1 53
文中主要研究交叉耦合同轴腔体滤波器的设计 与制作, 简介了交叉耦合技术及其应用于腔体滤波 器设计时的指标要求, 在文献理解的基础上, 通过耦 合矩阵仿真软件实现了带双重三极子的设计, 并缩 短了研发周期, 最终实现了中心频率 1 890 MHz, 带 宽为20 M Hz 带双重三极子六腔体交叉耦合同轴滤 波器的设计和制作, 其实际测试结果与仿真结果吻 合良好。
F BW = 1. 058 2% , 再由笔者编写的 M at lab 软件可
得出工程应用的归一化耦合矩阵如表 1 所示。
表 1 六阶交叉耦 合滤波器耦合系数( LAr= 0. 01 dB, FBW=
1. 058 2 % ) Tab. 1 Coupling coef ficient of sixth order cross-coupled
摘要: T D-SCDM A 采用的 是 T D D 工 作方式, 收发 采用相同 的频带, 由 于 P HS 的存 在, A 频段带 宽为 1 880～ 1 900 M Hz, 体积有严格要求 110 mm×75 mm×30 mm, 难点是在此体积下实现 带内最大插损小于 0. 9 dB, 插损纹 波小于 等于±0. 3 dB, 回波损耗大于18 dB 的设 计要求, 带外抑制要求S21< - 75 dB @ 1 920 M Hz, S21< - 25 dB @ 1 865 M Hz, 采用六腔体带双重三极子的交叉耦合 设计, 测试结果与设计结果吻合良好。
2. 2 单腔频率
本设计中T D A 频段中心频率为1 890 M Hz, 所 以必须根据腔体体积确定 单腔频率, 并通过 HFSS 调节单腔体积达到所需要的频率。如图1、图2 所示,
15 4
固 体 电 子 学 研 究 与 进 展
可 以 得 出单 腔 指 标 为: F0 = 1 889. 04 M Hz; Q = 5 177. 5。
com文中主要研究交叉耦合同轴腔体滤波器的设计与制作简介了交叉耦合技术及其应用于腔体滤波器设计时的指标要求在文献理解的基础上通过耦合矩阵仿真软件实现了带双重三极子的设计短了研发周期最终实现了中心频率1890mhz宽为20mhz带双重三极子六腔体交叉耦合同轴滤波器的设计和制作其实际测试结果与仿真结果吻合良好
第 31卷 第 2期
固体电子学研究与进展
Vo l. 31, N o . 2
2011 年 4 月
RESEARCH & P ROGRESS OF SSE
A pr . , 2011
射频与微波
TD-SCDMA A 频段交叉耦合腔体滤波器 的设计与实现
费洪磊 唐普英
( 电子科技大学光电信息学院, 成都, 610054) 2010-05-04 收稿, 2010-06-30 收改稿
( 1)
g n+ 1= 其中
1. 0, n= 1, 3, 5, 7…… cot h2 4 , n= 2, 4, 6, 8……
=
ln
cot h
L Ar 17. 37
= sinh 2n
得到低通原型电路元件值 gi 后, 即可通过公式 ( 2) 、( 3) 求 得 滤波 器 所需 的 外 部 Q 值 和 耦 合 系 数[ 6-7] :
设计要求及指标: 体积要求 110 m m×75 mm×30 mm 。 要求通带 1 880～1 900 M Hz, Insert ion l oss≤ 0. 9 dB, Ret urn loss≥18 dB。 带外抑 制 1 870 ～1 875 MHz at t enuat ion ≥3 dB; 1 865～1 870 M Hz at tenuat ion≥15 dB; 1 860～ 1 865 at t enuation ≥25 dB; 1 805～1 860 MHz at tenuat ion≥30 dB; 0～1 805 M Hz at t enuat ion≥60 dB; 1 910～1 920 M Hz at tenuat ion≥20 dB; 1 920～ 1 980 M Hz at t enuation≥75 dB; 1 980～5 000 MHz at tenuat ion≥60 dB。
FEI Hong lei T ANG Puying
( S chool of Op toelectr onic I nf ormation of U niver sity of E lectr onic Science and T echnology of China, Chengdu, 610054, CH N )
f ilter
i 1, 2
2, 3
3, 4
4, 5
5, 6
1, 3
3, 5
M 0. 917 61 0. 605 69 0. 597 69 0. 640 03 0. 970 60 0. 317 63 0. 169 16
由表 1 可以得出双重三极子分别加在 1, 3 腔和 3, 5 腔, 且 交 叉 耦 合 系 数 分 别 为 0. 317 63 和 0. 169 16。
31 卷
图 1 单腔模型 Fig. 1 Sing le-ca vit y mo del
图 4 双腔仿真 Fig . 4 Dual-cavity sim ulation
3 腔体滤波器的测试和结果分析
按照上述理论设计计算的参数, 实际加工计算 了该 T D 六腔体交叉耦合同轴滤波器, 如图 5 所示。 该滤波器共有 6 个谐振腔, 每个腔有一个调谐螺钉, 1, 3 腔和 3, 5 腔分别采用磁耦合的形式实现交叉耦 合, 通过调节最终实现了滤波器的良好性能。
图 2 单腔仿真 F ig . 2 Single-cav ity simulation
2. 3 双腔耦合
根据2. 1 耦合矩阵, 通过HF SS 来确定双腔窗口
大小, 如图 3 所示, 并由公式: 工程耦合系数= 归一
化耦合系数×相对带宽, 结合图 4 以及公式( 4) 得
到: M = 0. 945, 通过调整窗口大小, 实现表 1 中不同 的耦合系数。
Abstract: T D-SCDM A uses T DD ( T ime Division Duplex ) m ode, and t he t ransmit ter and receiver use t he same f requency band. T he w idt h about T D A band is 20 M Hz, fr om 1 880 MH z t o 1 900 M Hz, and t he bul k of t he f il ter should be less t han 110 mm ×75 m m×30 mm . T he dif ficulty is t hat t he insert lo ss and inser t loss ripple must be less t han 0. 9 dB, and ±0. 3 dB, respectiv ely and t he ret urn loss should be m ore than 18 dB. Furt herm ore the at t enuat io n sho uld meet t he requirement of S 21< - 75 dB @ 1 920 MHz, S21< - 25 dB @ 1 865 M Hz. T he cro ss coupling filt er in t his paper uses 2 t hree-poles, and t he t est r esult s are w ell in l ine w it h t he design.
参考文献
[ 1] P enzin S H, Cr ain W R , Craw fo rd K B, et al. T he SEU pulse w idth modulation co ntro ller s w ith soft star t and shutdow n circtuis [ C] . IEEE R adiatio n Effects Data W or kshop, 1997: 73-79.
( M ode2- M ode1) / ( M ode2+ Mo de1) = M×
[ ( 1 900- 1 880) / 1 890]
( 4)
图 5 滤波器实物 F ig . 5 P hysical filter
最后, 通过 Agilent E5071B 网络分析仪对该滤 波 器进行测试, 测试曲线如图 6 所示, Inser tion loss < 0. 9 dB( S 21) ; R eturn lo ss> 19 dB( S11 ) , 与理论设 计以及实际设计要求吻合完好。
Key words: TDD( time division duplex) ; three-pol es; cross coupling; ripple EEACC: 1270
引 言
与常规双工滤波器相比, T DD 滤波器收发采用 相同的通道, 这既有利于节省滤波器资源与面积, 又 有利于节省频带资源。在频段日益紧缺的现代通信
领域, T D-SCDMA 实现了新的突破。利用交叉耦合 谐振滤波器产生有限个传输零点, 可以更有效地满 足高性能的滤波特性, 避免收发过程中各信道的相 互干扰, 与同等性能的没有交叉耦合的滤波器相比, 虽然在设计和制作上相对复杂一些, 但是具有谐振 单元少、体积小、重量轻、带外抑制高等优点。
联系作者: E-mail: f eih onglei2004@ 126. com