1、射頻電路設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)一、微帶低通濾波器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解微帶低通濾波器之設(shè)計(jì)方法。2、學(xué)會(huì)使用微波軟件設(shè)計(jì)低通濾波器的流程，并分析結(jié)果。2b)波紋：描述通帶內(nèi)信號(hào)響應(yīng)的平坦度c)3dB帶寬：定義為通帶內(nèi)衰減3dB處上邊帶頻率和下邊帶頻率之間的差值(分?jǐn)?shù)帶寬)d)帶外抑制（阻帶抑制):在理想的情況下，希望濾波器在阻帶中具有無(wú)窮大的衰減量，但實(shí)際中只能使用有限的元件數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波器，因此通常將60dB作為阻帶計(jì)算的設(shè)計(jì)值2.技術(shù)指標(biāo)a)插入損耗：定量描述功率響應(yīng)幅度和0dB基準(zhǔn)的差值33歸一化低通原型:兩種歸一化低通濾波器的實(shí)現(xiàn)方式如下圖所示，其中串聯(lián)電感和并聯(lián)電容交替出現(xiàn)。g0

2、為電路的源電阻或電導(dǎo)，gi為串聯(lián)電感或并聯(lián)電容，gN+1為負(fù)載電阻或電導(dǎo)等波紋切比雪夫低通原型的值可以通過(guò)下面的公式來(lái)求取4階梯阻抗低通濾波器設(shè)計(jì)近似理論對(duì)于長(zhǎng)度為l，特性阻抗為Z0的傳輸線，其負(fù)載阻抗為ZL,則輸入阻抗公式為：對(duì)于負(fù)載阻抗為ZL特性阻抗為Z0的傳輸線，則輸入阻抗公式為：對(duì)應(yīng)的輸入導(dǎo)納為：由上式可以看出，當(dāng)負(fù)載阻抗遠(yuǎn)大于傳輸線特性阻抗的時(shí)候，傳輸線端接以負(fù)載阻抗，近似于一個(gè)電容和負(fù)載ZL并聯(lián)。6綜上所述，低通濾波器可以由級(jí)聯(lián)的微帶高、低阻抗線構(gòu)成。通常高阻抗線取大于100歐，低阻抗線取小于20歐。電感段、電容段微帶線的長(zhǎng)度可以通過(guò)下面的公式近似求得：通過(guò)linecalc工具求出

3、對(duì)應(yīng)高低阻抗微帶線的有效介電常數(shù)，根據(jù)上面的公式求出對(duì)應(yīng)的導(dǎo)播波長(zhǎng),以及相應(yīng)的高低阻抗線的長(zhǎng)度.電感段微帶線的長(zhǎng)度電容段微帶線的長(zhǎng)度其中Ro為阻抗阻抗變換值，L，C為低通原型參數(shù)值微帶線的導(dǎo)波波長(zhǎng):7四、設(shè)計(jì)的流程1 、確定設(shè)計(jì)的指標(biāo)2.選擇合適的低通原型3.根據(jù)選擇的基板,計(jì)算對(duì)應(yīng)的微帶高、低阻抗線的寬度、長(zhǎng)度4 .建立濾波器仿真模型/仿真8例子：設(shè)計(jì)一個(gè)階梯阻抗低通濾波器，其通帶波紋為0.5dB，截止頻率為2GHz,要求在4GHz頻率處插入損耗小于30dB，濾波器的特性阻抗為50歐，高阻抗線取120歐，低阻抗線取20歐，基板的高度h=1.58mm,相對(duì)介電 常數(shù)為4.2,微帶厚度為0.5m

4、il.解:(1)根據(jù)指標(biāo)，選擇合適的低通原型:由及下面的圖可以知道，濾波器的階數(shù)為59通帶波紋為0.5dB低通原型的衰減和歸一化頻率的關(guān)系10(2)根據(jù)Linecalc工具可以知道20歐，120歐微帶線的寬度分別為：11.27mm,0.4mm. 120歐微帶線對(duì)應(yīng)的有效介電常數(shù)為2.84,20歐微帶線對(duì)應(yīng)的有效介質(zhì)常數(shù)為3.65(lincal工具求解)(實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，一般是采用軟件工具來(lái)求微帶線的寬度)(3)對(duì)應(yīng)的5階濾波器的低通原型參數(shù)為：g0=g6=1,g1=g5=1.7508,g2=g4=1.2296,g3=2.5408(4)選擇低通原型的第一個(gè)元件為串聯(lián)電感，求對(duì)應(yīng)高、低阻抗線的長(zhǎng)

5、度：gC=300/(2*3.650.5)=78.53mmgL=300/(2*2.840.5)=89.02mm11由由1213設(shè)計(jì)任務(wù):設(shè)計(jì)一個(gè)奇數(shù)階的低通濾波器,截止頻率自選,階數(shù)自選,選擇的基板:介電常數(shù)2.2,厚度1mm;或介電常數(shù)9.8,厚度1mm.14Chebyshev型附錄：低通原型值：15實(shí)驗(yàn)二、微帶帶通濾波器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解微帶帶通濾波器之設(shè)計(jì)方法。2、學(xué)會(huì)使用微波軟件設(shè)計(jì)帶通濾波器的流程，并分析結(jié)果。16二、設(shè)計(jì)的流程微帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)步驟：(1)根據(jù)設(shè)計(jì)的指標(biāo)選擇合適的低通原型(2)確定歸一化帶寬、上邊帶和下邊帶。根據(jù)濾波器特性對(duì)上、下邊帶以及中心頻率的要求，可以確

6、定其分?jǐn)?shù)帶寬為：(3)根據(jù)分?jǐn)?shù)帶寬、低通原型計(jì)算導(dǎo)納變換器的值。17三、實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)方程(1)求解導(dǎo)納變換器的值使用0.25個(gè)導(dǎo)波波長(zhǎng)耦合諧振器構(gòu)成的微帶帶通濾波器18(2)求出導(dǎo)納變換器的值后，可以根據(jù)下面的公式計(jì)算奇模、偶模阻抗(3)根據(jù)lincalc工具計(jì)算耦合微帶線的尺寸19(1)考慮到微帶線本身的損耗選擇的低通原型為通帶波紋為0.2dB的5階低通原型，其值如下。例子：濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：通帶5000MHz6000MHz,帶內(nèi)波紋小于0.5dB，帶外頻率4500MHz以及6500MHz處衰減大于30dB，基片介電常數(shù)為2.8,厚度為1mm。20(3) 計(jì)算導(dǎo)納變換器的值(2)確定分?jǐn)?shù)帶

7、寬21(4) 計(jì)算奇模、偶模阻抗：22 L1=9.03mm，L2=8.93mm，L3=8.9mms1=0.188mm，s2=0.635mm，s3=0.863mm w1=0.935mm，w2=1.345mm，w3=1.404mm(5) 綜合微帶線的尺寸：根據(jù)上面計(jì)算的耦合微帶線的奇模/偶模阻抗,利用Lincalc工具得到第一級(jí)的線寬W=1.682mm，縫隙S=0.092mm，太細(xì)了不能保證加工的 精度，因此將特性導(dǎo)納變?yōu)?/70來(lái)提高縫隙的寬度。由于主線的阻抗為50，所以濾波器中做要一段阻抗變換線來(lái)連接主線和濾波器 由于終端電容效應(yīng)，L要減去大約0.33h ，得到的濾波器微帶耦合線的尺寸為：23

8、為了將70歐和50歐匹配，加入了一段寬為2mm,長(zhǎng)為9.0mm的/4阻抗變換器。如圖所示2425設(shè)計(jì)任務(wù):根據(jù)附錄的低通原型,設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為4GHz,分?jǐn)?shù)帶寬自定1,或選擇合適的Ts，使得Tout的模150設(shè)計(jì)實(shí)例：采用AT41411設(shè)計(jì)一個(gè)共基極的2GHz的振蕩器。該管子工作在漏-發(fā)電壓5V,基發(fā)電壓0.8V可以看出諧振端口的反射系數(shù)幅度較小。51基極串聯(lián)一個(gè)6.5nH的電感的S11，對(duì)下面的電路進(jìn)行13GHz頻率掃描，得到S11的幅度信息52可以看出在頻率為2GHz處振蕩最強(qiáng) 53 對(duì)上面的電路進(jìn)行定點(diǎn)掃描，得到2GHz情況下的S參數(shù)和K，如圖所示54 將上面得到的基極串聯(lián)電感的S參數(shù)

9、，輸入Smith原圖，得到輸入穩(wěn)定性圓，并在圓圖上將1/S(1,1)點(diǎn)表示出來(lái)，由于S111,因此穩(wěn)定性圓內(nèi)，所有的點(diǎn)均滿(mǎn)足振蕩條件.1、通常是源反射系數(shù)選擇靠近1/S(1,1)的點(diǎn)，但不能等于，否則對(duì)應(yīng)的負(fù)載端接應(yīng)該匹配即負(fù)載反射系數(shù)為0，而實(shí)際情況非常難做到完全匹配，因此源反射系數(shù)選擇等于1/S(1,1）容易導(dǎo)致振蕩停止 。2、為了使諧振電路沒(méi)有電阻元件，因此將源反射系數(shù)取為1-450,其對(duì)應(yīng)的阻抗為一個(gè)容抗，并且從后面的振蕩測(cè)試可以看出選擇該點(diǎn)，可以使得其振蕩頻率為2GHz左右。如圖所示55 對(duì)于諧振器端，采用源反射系數(shù)為11，相位等于0，表明該電路在2GHz處于振蕩狀態(tài)。58 3）諧波平衡仿真(加入HB控件，HB noise控件，以及OSCport控件)59 相位噪