大功率微带滤波器的设计

《通信对抗》 2001年 大功率微带滤波器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 信息产业部电子第三十六研究所 杨贤松 [摘要】本文首先介绍了微带低通滤波器的设计过程，并对其进行了结点电 压和电流的分析，在此基础上提出了一种能有效提高微带滤波器功率容量的 方法． 关键词：射频电路 微带滤波器 1 前言 在射频电路中，滤波器是最常用的部件之一，因此设计人员经常需要设计各种不同形 式的滤波器来满足不同的应用要求。在 500~z以下，一般都用集中参数电路设计，调试 较为方便。随着频率的提高，分布参数的影响越来越太，到了L波段，基本上都采用微带 线或腔体滤波器的形式。腔体滤波器的功率容量较大，但结构加工及调试较为困难，在批 量生产时的一致性不容易做好；而微带滤波器采用印制板加工的形式，只要首块电路板设 计调试完成了，其余的根本不用再调试，且一致性很好，但这仅限于低通滤波器。对于商 通及带通滤波器来说，由于微带短路电感及串联电容不易实现，做起来要困难得多。 微带滤波器的主要缺点就是功率容量较小。下面通过一个低通滤波器的设计和分析， 谈谈如何提高其功率容量。 2 电路设计 在某系统中，需要设计一个 960～1250M]iz、200W 的低通滤波器，要求谐波抑制太于 35dB，尺寸要尽量小。从生产的一致性、成本及工作量来说，微带线形式有明显的优越性。 因谐波抑制要求不高，滤波器的级数可尽量降低，这也有利于减小尺寸。 利用滤波器计算工具，可求出级数和电感电容值。 input ZO=50 (输入／输出阻抗) input fp(max)=1260e6 (通带最大频率) input fs(min)=1850e6 (阻带最小频率) input Ap= 0．3 input As= 35 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 大功率微带滤波的设计 15 n=7 (级数) c[1]=3．636275e一12 1[1]=8．015098e一09 c[2】=5．796618e一12 l[2]=8．649695e一09 c[3]=5．796619e一12 1[3]=8．015104e一09 c[4]=3．636299e一12 滤波器形式如图1所示。 3．结点电压电流分析 图 1 滤渡器电路图 下面我们利用 ADS软件对结点电压和电流进行分析，输入端功率为 20ow，端接阻抗 50Q，电路拓扑见图2。 [=口 i~, 1．o I st⋯ 0 ．C'5 CH 图2 拓扑电路图 维普资讯 http://www.cqvip.com 16 《通信对抗》 2001正 在仿真时．左端信号源采用 Ac功率源，~1-~g4、Il～I3分别为自左至右的结点电压和 电流，-扫描频率O．9--1．3C,I-Iz，仿真结果见下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 。 IO0 0M卜怔 114 580，．8 342 155 861，一81 573 124 741，一 53 551 137472，12O 799 I50 0MHz l18 096，一3 025 156 951，一89443 133 021，一 62 789 139 176，104 961 0o0GHz 129 666，0186 154 99O，一97 348 143 083，一 73 6l1 140 777 87 924 050GHz 144941，一0 538 149 585 104449 153 756／ 73 913 141 199f 69 695 100GHz 156 962，-4 566 142 595 一109400 164 066 60 072 139 875，50 599 150GHz 159 984，．9 823 130 602 ．111 195 174 476， 45 208 137 620，30 976 200GHz 152 022 一13 78 149q01，．111 252 187 513， 29 038 136 579，10 522 250GHz 137940，．10 745 180 793，．114 717 206452， 09 796 138 TT5，．12 565 300GHz 146 514，2 212 233 908，．12B 442 227 297． 83 479 141 047，-42 329 9000MHz 3640，一33349 3410 一 26 244 3 945 66 623 950OMHz 3 988，一37 681 3 375，一 32440 4110 52 331 1 0006卜怔 4 272 122 3 391 ． 38 393 4 277， 36 755 1 0500№ 4 395，．51 787 3475，一 44 35B 413， 19 906 11000卜怔 4 296 ．59097 3 652 ． 50 696 495， 02l15 11506卜怔 4 016，．63 698 3 964，一 58 000 4 547 83 726 1 2000卜怔 3 765，．62 800 4 477，一 67 348 4 638 64 0 1 2506卜怔 4 O19，一56 731 5 277， 79 093 4 8．42 2 45g 1 3000Hz 5 320，．57 091 6 276， 57 283 5 0S4 13 743 从上表可以看出，在 1200Mttz时，I3≈4．64k,，V3 190~。对于一般的聚四氟乙烯玻 璃纤维双面敷铜板来说，几百伏的耐压没有什么问题，关键是要看电感 L3能承受多大的 电流。 4 电路实现 微带电容的实现比较简单，计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 如下： 嚣 A． ：电容的有效面积； h：印制板介质厚度 ； ：{[ 盯+ C：电容值 E ：介质的相对介电常数 一 掣} 其中：A=a×b 为电容的实际面积： =√d／b+√6／a 可以根据需要先确定长宽比，再计算面积。 电容的计算也可以利用终端开路传输线法，结果都差不多。 电感的制作方法有多种，既可以用高阻抗微带线，也可以用电感线圈来做。从一致性 来说．微带电感要好得多，且制作方便。假设板材厚度为 1ⅢⅢ，E =2．7(考虑电路尺寸及 介质损耗)，则50Q徽带线的宽度为 2．8mⅢ，电感线的宽度应~<2mm。由于工作频率达 1Gttz 以上，导体 (铜)的趋肤深度仅有 2u m，电流绝大部分在介质一面传播。在如此薄的导电 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 大功率微带滤波的设计 17 层内要流过大于 4A的电流，导体的电阻损耗是很大的 (普通聚四氟乙烯玻璃纤维板的表 面平整度较差，也将使导体的电阻增大)，这将导致两个问题：①滤波器的带内插损增大： ②散热成了问题。因电阻损耗产生大量的热量，介质损耗也将产生一部分热量，而微带线 的厚度只有几十微米，不利于散热，热量将集中在微带电感上。为了验证这一观点，先用 微带线电感形式设计了一个滤波器，带内插损≤0、5dB。在 12001~Iz频率点加功率 200W，5 分钟后，电感L3开始氧化变为浅兰色，说明L3上热量较集中。如果时间再长，很可能 L3 会被烧断，引起功率全反射，烧毁前面的功率放大器．其后果是相当严重的。 既然微带电感存在功率容量不足问题，我们可以用集中参数形式来设计。根据经验． 一 段 icm长直径 imm的导线的电感值约为 lOnl-I左右，而电感 L1—3的值均小于 lOnl-I，因此 可以用直导线来设计电感，生产和调试都根方便。根据电磁场理论，圆导体的电磁场在导 体周围是均匀分布的，表面径向电流也是均匀分布的。园导线要平贴在印制板上焊接 (便 于加工)，电磁场分布会受介质的影响，从而引起导体表面电流密度的变化，但电流面积 仍比微带线要大，也就是说导线电感的电阻要小。另一方面，园导线的横截面比微带线大 得多．散热也要好。 直导线的电感值可通过测试法确定。为减小测试误差，取一段较长的导线(如0、5m)， 测得其电感后，即可算出单位长度的电感值。 在本例中．综合考虑电路尺寸后．选直径 1、5mm的镀银铜线作为电感线，算出 L1~L3 对应的长度，再进行印制板的布局。图3是经过调试以后的板图。 图3 滤波器印制板囝 设计调试完成后，对其指标进行了测试。带内插损≤0．3dB．比原先有了明显提高， 谐波抑制~>35dB，也满足设计要求 (见图4)。加功率 200W，1小时后印制板无明显变化 说明功率容量已满足使用要求。 维普资讯 http://www.cqvip.com 18 《通信对抗》 2001芷 5 结束语 图 4 滤波器测试曲线围 通过以上的分析，我们知道串联电感是影响滤波器功率容量及插损的关键因素。如果 功率进一步加大，那么电容的耐压和功率容量也是需要重点考虑的．限于篇幅．在此不予 论述。 (上接 40页) 为是同一频点。并且根据其驻留时间不断变化的特点．干扰引导时不宜采用超短波中一次 完成干扰引导的方法，而是对其出现时进行多次引导。这样，在保证必要引导时间的基础 上，尽量多做跟踪，以减少短波频段不利因素给跳频跟踪带来的误差，同时降低单次跟踪 失误对全局跟踪可信度的影响．从而克服短波频段对跳频跟踪引导带来的困难，提高对短 波跳频网的引导质量， 满足 50％以上有效的干扰效果。 5 结束语 本文对跳频跟踪干扰引导进行了一定的研究，列出的是跳频信号的一种较常见的情 况．即带载波、恒跳速的跳频网的引导算法．并给出了相应的仿真结果。至于变跳速的或 短波通信中常用的单边带信号，是更复杂的情况．其算法有相当大的不同，本文只作了简 单的介绍。主要目的在于抛砖引玉，希望有更多的专家和技术人员对此进行研究．使跳频 跟踪引导能达到更好的效果。 本文的算法可移植到搜索接收机中，实现对平扰激励器的跳频干扰引导或测向处理机 的跳频测向引导。 维普资讯 http://www.cqvip.com