TD_SCDMAA频段交叉耦合腔体滤波器的设计与实现

射频与微波 TD-SCDMA A频段交叉耦合腔体滤波器 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 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 摘要: T D-SCDM A 采用的是TDD工作方式, 收发采用相同的频带, 由于PHS 的存在, A 频段带宽为 1 880～ 1 900 MHz,体积有严格 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 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 MHz, S21< - 25 dB @ 1 865 MHz,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。 关键词: 时分双工;三极子; 交叉耦合;纹波 中图分类号: T N713　　文献标识码: A　　文章编号: 1000-3819( 2011) 02-0152-03 Design and Implementation of Cross-coupled Cavity Filter for TD-SCDMA A Band FEI Hong lei　T ANG Puying ( S chool of Op toelectr onic Inf ormation of Univer sity of E lectr onic Science and Technology of China, Chengdu, 610054, CH N ) Abstract: T D-SCDMA uses T DD ( T ime Division Duplex ) mode, and the t ransmit ter and re- ceiver use the same frequency band. The w idth about T D A band is 20 MHz, fr om 1 880 MHz to 1 900 MHz, and the bulk of the f il ter should be less than 110 mm×75 mm×30 mm . The dif ficul- ty is that the insert lo ss and inser t loss ripple must be less than 0. 9 dB, and ±0. 3 dB, respec- tiv ely and the return loss should be more than 18 dB. Furthermore the at tenuat ion should meet the requirement of S 21< - 75 dB @ 1 920 MHz, S21< - 25 dB @ 1 865 MHz. T he cro ss coupling filter in this paper uses 2 three-poles, and the test r esults are w ell in l ine w ith the design. Key words: TDD( time division duplex) ; three-poles ; 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, TD-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。 第31卷　第2期 2011 年4 月 　　　 　　　　　 固体电子学研究与进展 RESEARCH & PROGRESS OF SSE 　　　　　　　　 Vo l. 31, No . 2　 Apr . , 2011　 � 联系作者: E-mail: f eih onglei2004@ 126. 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,并缩 短了研发周期,最终实现了中心频率1 890 MHz,带 宽为20 MHz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。 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]。 “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,其代价 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。 设计要求及指标: 体积要求110 mm×75 mm×30 mm。 要求通带 1 880～1 900 MHz, Insert ion loss≤ 0. 9 dB, Return loss≥18 dB。 带外抑制 1 870～1 875 MHz at tenuat ion≥3 dB; 1 865～1 870 MHz at tenuat ion≥15 dB; 1 860～ 1 865 at tenuation≥25 dB; 1 805～1 860 MHz at- tenuat ion≥30 dB; 0～1 805 MHz at tenuat ion≥60 dB; 1 910～1 920 MHz at tenuat ion≥20 dB; 1 920～ 1 980 MHz at tenuation≥75 dB; 1 980～5 000 MHz at tenuat ion≥60 dB。 2　TD 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 g i- 1 4sin ( 2i- 1) � 2n ·sin ( 2i- 3)� 2n �2+ sin2 ( i- 1)� n , i= 2, 3,⋯n ( 1) g n+ 1= 1. 0, 　n= 1, 3, 5, 7⋯⋯ coth2 � 4 ,　n= 2, 4, 6, 8⋯⋯ 其中 � = ln coth L A r 17. 37 �= sinh � 2n 　　得到低通原型电路元件值g i 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] : Qe1 = g0g1 FBW 　　　Qen = gngn+ 1 FBW ( 2) M i, i+ 1 = FBW g ig i+ 1 ,　　i = 1, ⋯n - 1 ( 3) 　　由I L、RL 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MATLAB 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 FBW = 1. 058 2% ,再由笔者编写的Matlab软件可 得出工程应用的归一化耦合矩阵如 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 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 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。 2. 2　单腔频率 本设计中T D A 频段中心频率为1 890 MHz, 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, 153　2 期 费洪磊等: TD-SCDMA A 频段交叉耦合腔体滤波器的设计与实现 可以得出单腔指标为: F0 = 1 889. 04 MHz; Q = 5 177. 5。 图 1　单腔模型 Fig. 1　Sing le-cavit y model 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HFSS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。 ( M ode2- M ode1) / ( M ode2+ Mode1) = M× [ ( 1 900- 1 880) / 1 890] ( 4) 图 3　双腔模型 F ig . 3　Dual-cavit y model 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 5　滤波器实物 F ig . 5　Physical 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) ; Return lo ss> 19 dB( S11 ) , 与理论设 计以及实际设计要求吻合完好。 图6　实物仿真 Fig . 6　Physical sim ulation (下转第189页) 154 固　体　电　子　学　研　究　与　进　展 31 卷　 其功能和性能均已满足设计预期。 参 考 文 献 [ 1]　Penzin S H, Crain W R, Craw fo rd K B, et al. 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K luwer Academic Publisher s, 2001: 331-337. 吕　婧 ( LU·· Jing )　女, 1984 年生, 2002 年浙江大学电气工程学院电子信息科学 与技术专业毕业, 现为电路与系统博士 研究生, 从事电源管理芯片研究。 (上接第154页) 4　结　　论 对交叉耦合进行了分析研究, 并通过设计的软 件得到耦合矩阵, 利用HFSS 进行了单腔与双腔仿 真,采用了双重三极子形式实现了带外 1 920 MHz 处- 75 dB 衰减, 并通过Ag ilent E5071B 网络分析 仪进行了验证,从而证明了该设计的可行性。 非常感谢设计过程各位老师、同事的无私帮助, 尤其是 成都泰格微波有限公司周为、廖章艳等工程师的大力帮助, 在此不胜感激。 参 考 文 献 [ 1]　Cameron Richard J. General coupling matr ix synthesis met hods fo r chebyshev filter ing fuctions [ J ] . IEEE T ransactions on M icrowave Theo ry and Techniques, 1999, 47( 4) : 433-442. [ 2]　Hsieh L H, Chang K . Compact, low insertion-loss, sharp-reject ion, and wide-band micr ostr ip bandpass filter s [ J] . IEEE Transactions on M icrowave Theor y and Techniques, 2003, 51( 4) : 1241-1246. [ 3]　Atia A E, WilliamsA E, Newcomb R W. Narr ow - band multiple coupled cavity synt hesis [ J ] . IEEE, 1974, 21( 5) : 649-655. [ 4]　Hong J S, Lanca st er M J. M icro strip F ilter s for RF / M icr ow ave Applications [ M ] . 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