终端短路式交指带通滤波器的仿真与实现
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1
通过计算, 滤波器阶数 n 取 7。可知归一化的 低通元件值为:
g0 = g8 = 1, g1= g 7= 0. 797,
g2 = g6 = 1. 392, g3 = g5 = 1. 748, g4 = 1. 633。
从而, 计算出每个谐振杆的归一单位长自电容 及相邻杆间的归一单位长互电容。则微带线的尺寸 可由印制板的具体参数决定。印制板主要设计参数 如下:
交指型带通滤波器的适用范围非常广泛相对带宽从窄带的1到宽带的70以上甚至?宽其频带的变化范围可以从uhf到c波段同时微带线的带通滤波器具有体积小重?轻结构简单等优点所以其在微波系统中应用十分广泛
终端短路式交指带通滤波器的仿真与实现
闫 龙, 赵熙东
( 中国电子科技集团公司第五十四研究所, 河北 石家庄 050081)
参 考文 献 [ 1] SLEPIAN D, POLLAK H. Prolate spheroidal wave functions,
Fourier analysis, and uncertainty I [ J] . Bell System T ech Journal, 1961, 40( 1) : 43- 64. [ 2] SLEPIAN D. Prolate spheroidal wave functions, Fourier analysis, and uncertainty V: The discrete case[ J] . Bell System Tech Journal, 1978, 57( 5) : 1371- 1430. [ 3] 徐玉滨, 王芳, 沙学 军. UWB 通 信系 统双 正交 PSWF 脉 冲波形 设 计 [ J] . 哈尔 滨 工 业 大学 学 报, 2007, 39( 1) : 81- 84. [ 4] 陈国东, 武穆清. 一种基于多频 带 PSWFs 组合 的 CUWB 自适应 脉 冲 波 形设 计 [ J] . 电 子与 信 息 学 报, 2008, 30
介电常数: 3. 66; 基底厚度: 0. 508 mm; 微带线厚度: 0. 35 m; 微带线的加工精度: 10 mil。 其电路模型如图 1 所示。
图 1 带通滤波器的电路模型
2 软件建模
考虑 到加 工 误 差, 应 把 通 带 带 宽 展 宽 到 620 MHz。经计算, 各谐振杆的线宽 W 为0. 796 mm, 各间 隙 分 别 为 l1 = l 6 = 0. 508 mm, l 2 = l 5 = 0. 762 mm, l3 = l 4= 0. 914 mm, 抽头位置距中心: 其 模拟仿真图如图 2 所示。其软件设置如下: 仿真中 心频 率 设 为 3 085 MHz; 扫 描 起 止 频 率 分 别 为 3 050 MHz, 5 050 MHz; 扫描步进为 10 MHz。确认模 型建立及仿真正确后进行 S 参数仿真, S 参数仿真结 果如图 3 所示。
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Radio Communications Technology
Vol 37 No 3 2011
空间复杂度。通过对比发现, 传统重构求解算法的 时间复杂度较低, 求解效率高, 实时性好; 勒让德香农算法和其改进算法所需的存储空间较小, 从而 降低了实现过程中的硬 件复杂度, 易于工程实现。 在 PSWF 脉冲产生过程中, 如果对脉冲的实时性要 求较高, 则应选用传统重构求解算法; 如果要求算法 易于简单、硬件复杂度低, 则使用勒让德- 香农算法 来产生 PSWF 脉冲。
滤波器的理论设计繁琐且精度有限, 调试难度 大。近年来, 随着 CAD 工具的发展, 一系列 的电磁 仿 真 软 件 涌 现, 比 如 Genesys、CST 和 HFSS 等。 Genesys 是 Agilent 公司的一款供射频和微波组件和 子系统设计人员使用的集成电子设计自动化软件。 它能提供各种微波电路设计需要的集成环境, 满足 模块化设计要求。
首先把各印制线的宽度、长度和间隙分别设成 变量 W1~ W7、H 1~ H 7 及 L 1~ L 6。然后, 对这些变 量进行优化, 最终得到优化结果:
各印制线宽度 W= 0. 796 mm; 各印制线长度 H 1= H 7= 12. 42 mm, H 2 = H 3= H 4= H 5= 11. 52 mm; 各印制线间 隙: L1 = L 6 = 0. 56 mm, L 2 = L5 = 0. 78 mm, L3= L4= 0. 86 mm, 抽头位置为 3. 52 mm。 优化仿真后的曲线如图 4 所示。 按照优化后的仿真结果尺寸进行加工, 为了提 高导磁率及光 洁度进而减小带通滤波 器的插入损 耗, 印制板表面镀金。 通过简单调试后滤波器的选用 Agilent 公司的 8720ES 网络分析仪进行测试, 测试的曲线如图 5 所示。
由以上指标综合考虑, 选用等波纹切比雪夫响 应的带通波器模型。
由以下公式:
= 2 ( - 0) ,
( 1)
1
0
= 2- 1 ,
( 2)
0
0=
2+ 1 。 2
( 3)
得到低通到带通的频率变换模型。其中, 式中 , 1 为低通滤波器原型的频率变量和截止频率,
2011 年第 37 卷第 3 期
无线电通信技术
39
0, 1, 2 分别为带通滤波器的的中心频率, 上、下 边带频率。
由以下公式计算出滤波器阶数:
L A( ) = 10lg( 1+ cos2( ncos- 1( ) ) )
1
, ( 4)
1
( ) = 10lg( 1+ cos2( ncos- 1( ) ) )1LFra bibliotekE=10
A 10
-
1。
, ( 5)
0 引言
带通滤波器是一种具有选频特性的器件。随着 雷达及通信技术的飞速发展, 研制高性能、小型化的 滤波器成为紧迫的课题与市场需求。交指型带通滤 波器的适用范围非常广泛, 相对带宽从窄带的 1% 到宽带的 70% 以上甚至更宽, 其频带的变化范围可 以从 UHF 到 C 波段, 同时微带线的带通滤波器具有 体积小、重量轻、结构简单等优点, 所以其在微波系 统中应用十分广泛。
( 6) : 1432- 1436. [ 5] LUO TAO. Interference Control and Chip Waveform Design in
Multirate DS CDMA Communication Systems [ J ] . IEEE Transactions on Wireless Communications,2002, 1( 1) : 56- 66. [ 6] Kedar khare, Nicholas George, Sampling theory approach to prolate spheroidal wavefunctions[ J] . Journal of Physics, 2003 ( 36) : 10011- 100021. [ 7] KHARE KEDAR. Bandpass sampling and bandpass analogues of prolate spheroidal functions [ J] . Signal Processing, 2006 ( 86) : 1550- 1558. [ 8] KAROUI A,MOUMNI T . New efficient methods of computing the prolate spheroidal wave functions and their corresponding eigenvalues [ J ] . Applied and Computational Harmonic Analysis, 2008( 24) : 269- 289. [ 9] WALTER G, TOLESLI T. A new friendly method of computing prolate spheroidal wave functions and wavelets[ J] . Applied and Computational Harmonic Analysis, 2005( 19) : 432- 443. [ 10] 钟佩琳, 王红星, 赵 志勇. 带 通椭圆 球面 波函数 能量 聚 集性分 析 [ J] . 海 军 航 空 工程 学 院 学 报, 2009, 24( 6) : 681- 684. [ 11] BENEDETTO J. Irregular sampling and frames[ M] . Wavelets: A Tutorial in Theory and Appplications, 1992: 445- 507.
1 滤波器的理论设计
带通滤波器通常采用网络综合法进行 理论设 计, 依据技术指标要求从低通原型转化到带通模型,
收稿日期: 2011- 03- 21 作者简介: 闫龙 ( 1976 ) , 男, 工程师。 主要研究 方向: 射频 信道的 设计与研究。
从而计算出集总参数, 进而转化为分布参数。该文 所设计的带通滤波器, 其主要技术指标为:
图 2 带通滤波器的仿真图
图 3 带通滤波器 的仿真曲线
由图上仿真数据显示: 反射损耗 - 10; 频带内 的波动较大, 不满足指标要求, 所以需对电路进行优 化。
3 仿真优化
对于微带线滤波器, 影响电路指标的主要因素 为印制线的宽度与长度, 以及各线之间的间隙。另 处输入、输出抽头的位置对输入、输出的阻抗也有影 响, 所以要对以上各参数进行优化。
中心频率: 3 850 MHz; 通带带宽: 600 MHz; 带内波动: 1 dB; 插入损耗: 3 dB;
反射损耗: 15; 阻带抑制: 35 dB( f 0 300 MHz) 。 实现带通滤波器, 首先, 引入导抗变换器使其变 换成只用一种电抗元件的低通滤波器原型, 然后根
据频率变换, 转化为集总元件带通滤波器, 进而采用 分布参数实现微带带通滤波器。
摘 要: 详细 描述 了 终端 短路 式 交指 带通 滤 波器 的网 络 综 合 设 计法 , 给 出 了 滤 波 器 的初 始 设 计 参 数 , 运 用 Agilent
公司 的 CAD 软 件 Genesys 进行 了 建模 及仿 真 。并 在此 基础 上 进行 了 优化 设计 , 得 出了 符合 设 计要 求 的 带 通滤 波 器 的 模
Simulation and Implementation of an Inter digital Band Pass Filter
YAN Long, ZHAO Xi dong
( The 54 th Research Institute of CETC, Shijiazhuang Hebei 050081, China) Abstract: The initial parameters of inter digital band pass filter can be calculated with network synthesis algorithm based on the design requirement. Modeling and simulation are performed by Genesys of Agilent. Based on this, the filter model satisfying the design requirement is obtained through optimization. Product processing and performance test are accomplished, and test results show that this filter has advantages such as good performance, simple structure and easiness of integration. Key words: inter digital; low pass prototype; resonance; rejection
型, 对 滤波 器 进行 了性 能 分析 、产 品加 工及 性 能测 试。 仿 真结 果 证 明 采用 该 方 法 研 制 的 滤 波 器产 品 具 有 性 能 良 好、结
构简 单和 便 于集 成等 特 点。
关键词: 交指; 低通原型; 谐振; 抑制
中图分类号: TN713
文献标识码: A
文章编号: 1003- 3114( 2011) 03- 39- 2
通过计算, 滤波器阶数 n 取 7。可知归一化的 低通元件值为:
g0 = g8 = 1, g1= g 7= 0. 797,
g2 = g6 = 1. 392, g3 = g5 = 1. 748, g4 = 1. 633。
从而, 计算出每个谐振杆的归一单位长自电容 及相邻杆间的归一单位长互电容。则微带线的尺寸 可由印制板的具体参数决定。印制板主要设计参数 如下:
交指型带通滤波器的适用范围非常广泛相对带宽从窄带的1到宽带的70以上甚至?宽其频带的变化范围可以从uhf到c波段同时微带线的带通滤波器具有体积小重?轻结构简单等优点所以其在微波系统中应用十分广泛
终端短路式交指带通滤波器的仿真与实现
闫 龙, 赵熙东
( 中国电子科技集团公司第五十四研究所, 河北 石家庄 050081)
参 考文 献 [ 1] SLEPIAN D, POLLAK H. Prolate spheroidal wave functions,
Fourier analysis, and uncertainty I [ J] . Bell System T ech Journal, 1961, 40( 1) : 43- 64. [ 2] SLEPIAN D. Prolate spheroidal wave functions, Fourier analysis, and uncertainty V: The discrete case[ J] . Bell System Tech Journal, 1978, 57( 5) : 1371- 1430. [ 3] 徐玉滨, 王芳, 沙学 军. UWB 通 信系 统双 正交 PSWF 脉 冲波形 设 计 [ J] . 哈尔 滨 工 业 大学 学 报, 2007, 39( 1) : 81- 84. [ 4] 陈国东, 武穆清. 一种基于多频 带 PSWFs 组合 的 CUWB 自适应 脉 冲 波 形设 计 [ J] . 电 子与 信 息 学 报, 2008, 30
介电常数: 3. 66; 基底厚度: 0. 508 mm; 微带线厚度: 0. 35 m; 微带线的加工精度: 10 mil。 其电路模型如图 1 所示。
图 1 带通滤波器的电路模型
2 软件建模
考虑 到加 工 误 差, 应 把 通 带 带 宽 展 宽 到 620 MHz。经计算, 各谐振杆的线宽 W 为0. 796 mm, 各间 隙 分 别 为 l1 = l 6 = 0. 508 mm, l 2 = l 5 = 0. 762 mm, l3 = l 4= 0. 914 mm, 抽头位置距中心: 其 模拟仿真图如图 2 所示。其软件设置如下: 仿真中 心频 率 设 为 3 085 MHz; 扫 描 起 止 频 率 分 别 为 3 050 MHz, 5 050 MHz; 扫描步进为 10 MHz。确认模 型建立及仿真正确后进行 S 参数仿真, S 参数仿真结 果如图 3 所示。
( 下 转第 50 页)
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Radio Communications Technology
Vol 37 No 3 2011
空间复杂度。通过对比发现, 传统重构求解算法的 时间复杂度较低, 求解效率高, 实时性好; 勒让德香农算法和其改进算法所需的存储空间较小, 从而 降低了实现过程中的硬 件复杂度, 易于工程实现。 在 PSWF 脉冲产生过程中, 如果对脉冲的实时性要 求较高, 则应选用传统重构求解算法; 如果要求算法 易于简单、硬件复杂度低, 则使用勒让德- 香农算法 来产生 PSWF 脉冲。
滤波器的理论设计繁琐且精度有限, 调试难度 大。近年来, 随着 CAD 工具的发展, 一系列 的电磁 仿 真 软 件 涌 现, 比 如 Genesys、CST 和 HFSS 等。 Genesys 是 Agilent 公司的一款供射频和微波组件和 子系统设计人员使用的集成电子设计自动化软件。 它能提供各种微波电路设计需要的集成环境, 满足 模块化设计要求。
首先把各印制线的宽度、长度和间隙分别设成 变量 W1~ W7、H 1~ H 7 及 L 1~ L 6。然后, 对这些变 量进行优化, 最终得到优化结果:
各印制线宽度 W= 0. 796 mm; 各印制线长度 H 1= H 7= 12. 42 mm, H 2 = H 3= H 4= H 5= 11. 52 mm; 各印制线间 隙: L1 = L 6 = 0. 56 mm, L 2 = L5 = 0. 78 mm, L3= L4= 0. 86 mm, 抽头位置为 3. 52 mm。 优化仿真后的曲线如图 4 所示。 按照优化后的仿真结果尺寸进行加工, 为了提 高导磁率及光 洁度进而减小带通滤波 器的插入损 耗, 印制板表面镀金。 通过简单调试后滤波器的选用 Agilent 公司的 8720ES 网络分析仪进行测试, 测试的曲线如图 5 所示。
由以上指标综合考虑, 选用等波纹切比雪夫响 应的带通波器模型。
由以下公式:
= 2 ( - 0) ,
( 1)
1
0
= 2- 1 ,
( 2)
0
0=
2+ 1 。 2
( 3)
得到低通到带通的频率变换模型。其中, 式中 , 1 为低通滤波器原型的频率变量和截止频率,
2011 年第 37 卷第 3 期
无线电通信技术
39
0, 1, 2 分别为带通滤波器的的中心频率, 上、下 边带频率。
由以下公式计算出滤波器阶数:
L A( ) = 10lg( 1+ cos2( ncos- 1( ) ) )
1
, ( 4)
1
( ) = 10lg( 1+ cos2( ncos- 1( ) ) )1LFra bibliotekE=10
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, ( 5)
0 引言
带通滤波器是一种具有选频特性的器件。随着 雷达及通信技术的飞速发展, 研制高性能、小型化的 滤波器成为紧迫的课题与市场需求。交指型带通滤 波器的适用范围非常广泛, 相对带宽从窄带的 1% 到宽带的 70% 以上甚至更宽, 其频带的变化范围可 以从 UHF 到 C 波段, 同时微带线的带通滤波器具有 体积小、重量轻、结构简单等优点, 所以其在微波系 统中应用十分广泛。
( 6) : 1432- 1436. [ 5] LUO TAO. Interference Control and Chip Waveform Design in
Multirate DS CDMA Communication Systems [ J ] . IEEE Transactions on Wireless Communications,2002, 1( 1) : 56- 66. [ 6] Kedar khare, Nicholas George, Sampling theory approach to prolate spheroidal wavefunctions[ J] . Journal of Physics, 2003 ( 36) : 10011- 100021. [ 7] KHARE KEDAR. Bandpass sampling and bandpass analogues of prolate spheroidal functions [ J] . Signal Processing, 2006 ( 86) : 1550- 1558. [ 8] KAROUI A,MOUMNI T . New efficient methods of computing the prolate spheroidal wave functions and their corresponding eigenvalues [ J ] . Applied and Computational Harmonic Analysis, 2008( 24) : 269- 289. [ 9] WALTER G, TOLESLI T. A new friendly method of computing prolate spheroidal wave functions and wavelets[ J] . Applied and Computational Harmonic Analysis, 2005( 19) : 432- 443. [ 10] 钟佩琳, 王红星, 赵 志勇. 带 通椭圆 球面 波函数 能量 聚 集性分 析 [ J] . 海 军 航 空 工程 学 院 学 报, 2009, 24( 6) : 681- 684. [ 11] BENEDETTO J. Irregular sampling and frames[ M] . Wavelets: A Tutorial in Theory and Appplications, 1992: 445- 507.
1 滤波器的理论设计
带通滤波器通常采用网络综合法进行 理论设 计, 依据技术指标要求从低通原型转化到带通模型,
收稿日期: 2011- 03- 21 作者简介: 闫龙 ( 1976 ) , 男, 工程师。 主要研究 方向: 射频 信道的 设计与研究。
从而计算出集总参数, 进而转化为分布参数。该文 所设计的带通滤波器, 其主要技术指标为:
图 2 带通滤波器的仿真图
图 3 带通滤波器 的仿真曲线
由图上仿真数据显示: 反射损耗 - 10; 频带内 的波动较大, 不满足指标要求, 所以需对电路进行优 化。
3 仿真优化
对于微带线滤波器, 影响电路指标的主要因素 为印制线的宽度与长度, 以及各线之间的间隙。另 处输入、输出抽头的位置对输入、输出的阻抗也有影 响, 所以要对以上各参数进行优化。
中心频率: 3 850 MHz; 通带带宽: 600 MHz; 带内波动: 1 dB; 插入损耗: 3 dB;
反射损耗: 15; 阻带抑制: 35 dB( f 0 300 MHz) 。 实现带通滤波器, 首先, 引入导抗变换器使其变 换成只用一种电抗元件的低通滤波器原型, 然后根
据频率变换, 转化为集总元件带通滤波器, 进而采用 分布参数实现微带带通滤波器。
摘 要: 详细 描述 了 终端 短路 式 交指 带通 滤 波器 的网 络 综 合 设 计法 , 给 出 了 滤 波 器 的初 始 设 计 参 数 , 运 用 Agilent
公司 的 CAD 软 件 Genesys 进行 了 建模 及仿 真 。并 在此 基础 上 进行 了 优化 设计 , 得 出了 符合 设 计要 求 的 带 通滤 波 器 的 模
Simulation and Implementation of an Inter digital Band Pass Filter
YAN Long, ZHAO Xi dong
( The 54 th Research Institute of CETC, Shijiazhuang Hebei 050081, China) Abstract: The initial parameters of inter digital band pass filter can be calculated with network synthesis algorithm based on the design requirement. Modeling and simulation are performed by Genesys of Agilent. Based on this, the filter model satisfying the design requirement is obtained through optimization. Product processing and performance test are accomplished, and test results show that this filter has advantages such as good performance, simple structure and easiness of integration. Key words: inter digital; low pass prototype; resonance; rejection
型, 对 滤波 器 进行 了性 能 分析 、产 品加 工及 性 能测 试。 仿 真结 果 证 明 采用 该 方 法 研 制 的 滤 波 器产 品 具 有 性 能 良 好、结
构简 单和 便 于集 成等 特 点。
关键词: 交指; 低通原型; 谐振; 抑制
中图分类号: TN713
文献标识码: A
文章编号: 1003- 3114( 2011) 03- 39- 2