无线通信系统中的带通滤波器研究 - 图文(9)

2019-08-30 17:47

上图结构中的元件参数可以参考文献『20』的综合设计法,同时结合下列的设计条件:

BM(???z)?? (4?8a)BM(???0)?Bs(???0) (4-8b) dBs(?)dBM(?)|?|???0???0 (4?8c)d?d?其中?z和?o分别是阻带零点频率和滤波器的中心频率,而凡和Bs分别是使用零点结构和未使用响应结构的谐振器的磁化率。以图4-9(e)中结构为例给出元件计算公式如下:

C12?CSBW? (4?9a) ?20其中BW为3dB带宽,。:,,。22分别是分布与高阻带和低阻带的两个零点频率值。考

虑到使用分布参数元件实现上图电路原型,我们可以用一终端接地的四分之一波长传输线来替换相应的谐振器结构,这样如图4-9 (a)中虚线框内的谐振器结构就被替换成如图4-10(a)中的结构C相应地这种谐振结构也要满足式4-8中的条件才可以说是一种成功的等效,也就是说它同样能在谐振频率的低阻带端指定的位置产生一个零点。

C01?C23??0C12Z01?????????????????????(4?9b)?0Z01??0C12Z022221?21??p?0??pLr???2??????????????????(4?9c)42Ceff?p?0??21Cz?111(2?2)?????????????????????????????????????????e?Lr?21?p?1????1'Lr????0Ceff? (4-9f)??L(z2)2?2???o??1C'r?2' (4-9g)?z2Lz?2z2Lz? (4?9h)22Cs(?0??z2)'其中:(k?1)?40?(k?3)?20?2z1?p? (4?10a)22(k?1)?z1?(k?1)?0?2Csk? (4-10b)Crff

Ceff?C01?C01C12??0C01C12Z0 (4-10c)

由图4-10 (a)的等效电路可以得到该谐振结构的磁化率为:

Br??Cpr1??CprZAtan?r (4-11)

其中氛是传输线的特征阻抗,氏是第r个谐振器的传输线电长度。根据式4-8 a-c我们可以得到阻带零点频率?p和谐振频率?o分别满足如下条件:

?p?1 (4-12)

CprZAtan?r?o?0,?(?r??3?5?2,2,2???) (4-13)

注意其中B,是传输线在零点频率时而不是谐振频率时的电长度。如图4-10(b)给出了该谐振结构的磁化率曲线,可‘以看出这种等效结构完全能实现图4-9Ca)中虚线框内电路的传输特性。参考、fesong-Soo Lim等人在文献『26』中提出的改进型Chebyshev BPF结构(如图4-11),下面给出采用图4-11结构,在低阻带增加一个零点的具体设计公式:

由上图等效电路可以得到图4-11 (a)中的谐振电路的磁化率为:

Br??Cpr1??CprZAtan?r+(?Cr?1,r?1) (4-14)

?Lr,r?1在设定零点频率?p由式4-12可以得到Cpr为:

Cpr?1 (4-15)

?pZAtan?p由式4-13和4-14可以得到?r为:

??1?r?arctan??ZA??其中

????1??1??? (4-16) ?1????0Cpr?C?0r?1,r???0Lr,r?1????wbr?1br?????????????????????(4?17)gr?1grCr?1,r?Lr,r?1?

Jr?1,r?0??0br?1br11????????????????(4?18)?0Jr,r?1?0wgr?1gr

其中gr?1,gr是相应的切比雪夫低通原型参数,W是归一化带宽。

根据上述式4-1417就可以求得一个在低阻带有一个零点的BPF所需结构参数。

本文在图4-10谐振结构的基础上提出了一种新设计。如图4-12,用RZ < 1的SIR结构传输线取代了原来的均匀阻抗传输线。相比4-10的设计,这种结构显著减小了电路尺寸,并可以对高阻带的镜像频率进行抑制,而对通带特性基本没有影响。具体原理分析请参考本文第三‘章的相关内容。

根据上述式4-1417和SIR的基本原理可以得到所需谐振器的参数,但是在EDA软件功能日益强大的今天,适当减少初次设计精度而能大幅提高设计速度的的设计方法成为一种顺应发展趋势的设计思路。本文就提出了一种简化的方法来由集中参数的谐振器推导出传输线谐振器的参数。

图4-12中的a结构是采用四分之一波长的短路传输线,b结构是传统的集中LC谐振结构,如果要让两者在并联使用时等效需要满足两个条件:1谐振频率?o相等。2在?o附近的磁化率斜率相等。(注意:限于有限频带内等效,一般为相对带宽巧15%[1])相应的得到如下公式:

?o?1 (4-19) LCbs??0dBs?C (4-20) ???Y????02d?4L0如果采用图4?11中的SIR传输线,则上式变成

bs??0dBsC (4-21) ???YarctanR????2z2d?L0其中Yo为传输线特征导纳,Rz为SIR结构的阻抗比,Y2为SIR不接地那端传输线地特征导纳。在由L,C,推导出Yo和?o后,利用Ads2002附带的lincal工具可以容易得到所需

?短路线的物理参数。 4


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