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摘要:以低通滤波器和高通滤波器为基础设计异频合路器,设计了一种2路小型化LC合路器,采用LC分离元件设计的合路器,重量轻且空间占用小,利用電路元件代替天线形式的滤波功能。通过Agilent公司的先进设计系统(ADS)软件对合路器电路模型进行仿真设计与优化,仿真结果表明该合路器各端口匹配良好,插入损耗低,隔离度高,且结构简单,体积小,电路的稳定性和性能指标比机械元件的稳定,满足工程设计的需求,具有很高的工程应用价值。
关键词:滤波器;合路器;LC;高通;低通;VHF;UHF
合路器是现代无线和移动通信系统收发信机中的关键部件,一般有两个或多个输入端口,只有一个输出端口。端口隔离度是一个比较重要的指标,用于描述两路信号互不影响的能力,一般要求在20dB以上。在电视天线接收系统中,将几种不同频段的(如170MHZ~230MHZ与470MHZ~862MHZ)输入输出信号通过合路器合路后,用一根同轴馈线与电视连接,这样同时可以接收多个频段电视信号,实现一副电视天线可以接收多个频道。合路器既可以用于发送端,也可以应用于接收端。电视天线一般采用偶极子或折叠形振子,是对称平衡结构,接收信号为平衡的,其输入阻抗为75欧姆。
目前,合路器有采用微带或者腔体结构,然而对于VHF及UHF频段,相应波长较长,如果使用微带合路器或者腔体合路器,其结构尺寸大,且重量重,不便于应用,而LC合路器可以做到体积小,重量轻,易于集成,成本低,设计灵活等优势,因此这种结构组成合路器具有很好应用与发展。
VHF及UHF频段LC合路器结构简单,性能指标良好,可根据需要灵活调整印制板,便于系统集成。 LC合路器包括高通滤波电路,低通滤波电路,高通滤波电路的输出端和低通滤波电路的输出端相连作为公共接口,低通滤波电路的输入端相连作为低通信号接口,高通滤波电路的输入端为高通信号接口,通过LC无耗器件实现插入损耗小,利用滤波器带外抵制实现端口之间隔离,达到很高隔离度。
本文设计2路异频VHF和UHF频段的LC合路器,它是由1个低通滤波器和1个高频滤波器并在1个合路端口共用构成。使用ADS仿真软件对合路器电路模型进行仿真优化,仿真优化达到了设计指标。
1 设计指标
根据某工程的设计需求,制定合路器的技术指标如表1所示。
2 滤波器设计
根据指标要求,选取带内波纹为0.1dB的5阶Chebyshev低通及高通滤波器,通过使用ADS 滤波器设计向导(DesignGuide---Filter)分别设置低通滤波器各项参数(源阻抗Source:75Ω、负载阻抗Load: 75Ω、通带Fp:230MHz、阻带Fs:470MHz、带内波纹Ap:0.1dB、带外抑制As:30dB,响应类型:Chebyshev);高通滤波器的各项参数(源阻抗Source:75Ω、负载阻抗Load: 75Ω、通带Fp:470MHz、阻带Fs:230MHz、带内波纹Ap:0.1dB、带外抑制As:30dB,响应类型:Chebyshev),点击Design按钮即可得到低通及高通滤波器原型及初始值,如图2、3所示:
直接利用ADS软件仿真设计优化得到原型及初始值,既避免了烦琐的数学计算,又避免了理论计算结果不能完全适合实际电路的情况。
3 整体电路模型与仿真分析
通过上面的设计分析,将设计好的低通滤波器和高通滤波器合并,得到如图4所示整体电路图。从图中可以看出,1路从低通滤器端口1输入,另1路从高通滤器端口2输入,最后两路汇合从端口3输出。
初步合并仿真其效果不符合设计要求,经过ADS自带优化功能及调谐优化后,最终效果满足设计要求。电路优化后并经打板验证后其各元件参数值如表2所示,电路优化后的S参数结果如图5所示。在170~230MHz和470~862MHz两个工作频带内插入损耗<0.1dB,回波损耗≥20 dB,带外抑制≥40 dB(@470~862MHz)、≥35 dB(@170~230MHz),隔离度≥40 dB(@470~862MHz)、≥35 dB(@170~230MHz),达到了设计指标。另外,由互易性可得反向S参数。
4 结 论
本文结合低通滤波器和高通滤波器选频特性,用ADS设计了一款2路异频VHF、UHF频段的LC合路器,利用ADS滤波器设计向导设计出低通及高通滤波器原型再组合仿真优化,避免烦琐的数学计算,提高设计效率及准确性。文中给出了该合路器的电路模型和仿真结果,表明了该合路器性能优越,设计方法简单,可制作成本低,适用于电视接收天线高低频信号合路,以及适用一些频率低,频带宽和需要同时合成异频的通信系统。
参考文献:
[1] 荣二,森,培鼎.LC 滤波器设计与制作[M].北京: 科学出版社,2006: 13-48.
[2] 孔 博,叶 强.VHF频段高通低通型 LC合路器的研制[J].电子器件,2015,38(1):36-66.
[3] Advanced Design System 2005 user’s guide,2005 , Agilent Technologies.
关键词:滤波器;合路器;LC;高通;低通;VHF;UHF
合路器是现代无线和移动通信系统收发信机中的关键部件,一般有两个或多个输入端口,只有一个输出端口。端口隔离度是一个比较重要的指标,用于描述两路信号互不影响的能力,一般要求在20dB以上。在电视天线接收系统中,将几种不同频段的(如170MHZ~230MHZ与470MHZ~862MHZ)输入输出信号通过合路器合路后,用一根同轴馈线与电视连接,这样同时可以接收多个频段电视信号,实现一副电视天线可以接收多个频道。合路器既可以用于发送端,也可以应用于接收端。电视天线一般采用偶极子或折叠形振子,是对称平衡结构,接收信号为平衡的,其输入阻抗为75欧姆。
目前,合路器有采用微带或者腔体结构,然而对于VHF及UHF频段,相应波长较长,如果使用微带合路器或者腔体合路器,其结构尺寸大,且重量重,不便于应用,而LC合路器可以做到体积小,重量轻,易于集成,成本低,设计灵活等优势,因此这种结构组成合路器具有很好应用与发展。
VHF及UHF频段LC合路器结构简单,性能指标良好,可根据需要灵活调整印制板,便于系统集成。 LC合路器包括高通滤波电路,低通滤波电路,高通滤波电路的输出端和低通滤波电路的输出端相连作为公共接口,低通滤波电路的输入端相连作为低通信号接口,高通滤波电路的输入端为高通信号接口,通过LC无耗器件实现插入损耗小,利用滤波器带外抵制实现端口之间隔离,达到很高隔离度。
本文设计2路异频VHF和UHF频段的LC合路器,它是由1个低通滤波器和1个高频滤波器并在1个合路端口共用构成。使用ADS仿真软件对合路器电路模型进行仿真优化,仿真优化达到了设计指标。
1 设计指标
根据某工程的设计需求,制定合路器的技术指标如表1所示。
2 滤波器设计
根据指标要求,选取带内波纹为0.1dB的5阶Chebyshev低通及高通滤波器,通过使用ADS 滤波器设计向导(DesignGuide---Filter)分别设置低通滤波器各项参数(源阻抗Source:75Ω、负载阻抗Load: 75Ω、通带Fp:230MHz、阻带Fs:470MHz、带内波纹Ap:0.1dB、带外抑制As:30dB,响应类型:Chebyshev);高通滤波器的各项参数(源阻抗Source:75Ω、负载阻抗Load: 75Ω、通带Fp:470MHz、阻带Fs:230MHz、带内波纹Ap:0.1dB、带外抑制As:30dB,响应类型:Chebyshev),点击Design按钮即可得到低通及高通滤波器原型及初始值,如图2、3所示:
直接利用ADS软件仿真设计优化得到原型及初始值,既避免了烦琐的数学计算,又避免了理论计算结果不能完全适合实际电路的情况。
3 整体电路模型与仿真分析
通过上面的设计分析,将设计好的低通滤波器和高通滤波器合并,得到如图4所示整体电路图。从图中可以看出,1路从低通滤器端口1输入,另1路从高通滤器端口2输入,最后两路汇合从端口3输出。
初步合并仿真其效果不符合设计要求,经过ADS自带优化功能及调谐优化后,最终效果满足设计要求。电路优化后并经打板验证后其各元件参数值如表2所示,电路优化后的S参数结果如图5所示。在170~230MHz和470~862MHz两个工作频带内插入损耗<0.1dB,回波损耗≥20 dB,带外抑制≥40 dB(@470~862MHz)、≥35 dB(@170~230MHz),隔离度≥40 dB(@470~862MHz)、≥35 dB(@170~230MHz),达到了设计指标。另外,由互易性可得反向S参数。
4 结 论
本文结合低通滤波器和高通滤波器选频特性,用ADS设计了一款2路异频VHF、UHF频段的LC合路器,利用ADS滤波器设计向导设计出低通及高通滤波器原型再组合仿真优化,避免烦琐的数学计算,提高设计效率及准确性。文中给出了该合路器的电路模型和仿真结果,表明了该合路器性能优越,设计方法简单,可制作成本低,适用于电视接收天线高低频信号合路,以及适用一些频率低,频带宽和需要同时合成异频的通信系统。
参考文献:
[1] 荣二,森,培鼎.LC 滤波器设计与制作[M].北京: 科学出版社,2006: 13-48.
[2] 孔 博,叶 强.VHF频段高通低通型 LC合路器的研制[J].电子器件,2015,38(1):36-66.
[3] Advanced Design System 2005 user’s guide,2005 , Agilent Technologies.