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X波段发夹型带通滤波器设计

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随镌电.潦 2018年7月25日第35卷第7期 术 Ju1.25,2{)18,Vo1.35 No.7 Telecom Power Technology doi:10.19399/j.cnki.tpt.2(118.07.028 越 X波段发夹型带通滤波器设计 黄应千,胡天涛 (贵州航天计量测试技术研究所,贵州贵阳550009) 摘要:发夹型微带滤波器由于结构简单、尺寸紧凑、工作性能稳定等特点而在微波通信系统中得到广泛应用。文中通 过介绍发夹型滤波器的理论计算,结合ADS进行优化仿真,设计了1().8 GHz~12 GHz带通滤波器。最后通过实物测试, 滤波器在中心频率、带宽、带外抑制方面,实测结果和ADS版图仿真基本一致。 关键词:带通滤波器;发夹型;X波段 Design of X Band Hairpin Bandpass Filter HUANG Ying-qian,HU Tian-tao (Guizhou Aerospace Institute of Measuring and Testing Technology,Guiyang 55{)()09,China) Abstract:Hairpin microstrip filters are widely used in microwave communication systems due to their simple structure,corn- pact size and stable performance.By introducing the theoretical calculation of hairpin filter and optiizing simmulation with ADS,a 10.8G Hz ̄12 GHz handpass filter was designed.Finally,through physical testing,the measured results are basically consistent with the ADS layout simulation in terrrks of central frequency,bandwidth and out of band suppression. Key words:bandpass filter;hairpin type;X band 微波滤波器作为一种重要的选频器件,已经应用 在任何类型的微波通信、雷达测试或者是测量系统 中_1]。目前常用的微波滤波器结构有:平行耦合线结 构;交指型结构;梳状线结构;发夹型结构等 。发夹 型滤波器耦合线终端开路,无需过孔接地,减小了误 差,而且具有高带外抑制性能。 本文根据滤波器设计基本原理,通过ADS软件仿 真、优化,设计了通带为X波段(10.8 GHz~12 GHz) 的微带发夹型滤波器,介绍了微带滤波器的设计方法。 一 (去( 一而一 )一.= · 89 ===㈩ 13.5 GHz归一化以后的低通形式为 一 【( 一丽一丽  ) = Z24 一 1滤波器设计原理 发夹型滤波器通过半波长的U型谐振单元排列而 成,每个谐振器臂长约为1/4波长,采用抽头线的馈电 方式[3]。发夹型滤波器的性能主要由谐振器臂长、谐 振单元间距、线宽和抽头位置来决定E 。 1.1滤波器参数计算 滤波器设计指标:通带为1().8 GHz 12 GHz,在 8 GHz处衰减大于60 dB,13.5 GHz处衰减大于 45 dB,基板选用Rogers R04350。 滤波器参数计算流程如图1所示。 低根据归一化后的低通形式和衰减值查表确定滤波 器阶数,根据阶数确定滤波器元件值。 耦合传输线奇模偶模和奇模线阻抗为 Z0 一Z0[1+‘,Z。+(.,Z。) ] (3) Zo。一Zo E1一J Z。+(‘,Z。) ] (4) 其中倒相器常数 计算公式为: Z( 一√ )J 一—_ =, 一2,3,…,N 2 ̄/g 1g 1一(5) (6) √ 2gNgN+l (7) 式中,N为滤波器阶数;g 、gz、…、g + 为滤波器元件 值。 2发夹型滤波器设计 耋 垂妻 、H 器H嚣 H霾 图1 滤波器参数计算流程 2.1 设计指标 1.2计算步骤 滤波器中心频率为11.4 GHz,带宽为1.2 GHz。 相对带宽 =1.2/1 1.4=1().5Y0。滤波器在8 GHz处 的衰减大于6()dB。 8 GHz归一化以后的低通形式为 收稿日期:2{)18—06一()6 作者简介:黄应千(1989一),男,山东临沂人,助理工程师,研究 方向:微波电路设计。 滤波器通带为10.8 GHz~12 GHz,在8 GHz处衰 减大于6()dB,13.5 GHz处相对衰减大于45 dB。基板 选用Rogers R04350,板厚为0.254 mm,介电常数为 3.48。 2.2滤波器结构 根据指标,以及通过查表确定了7阶等纹波元件 值。gl g7 1.7372,g2 g6 1.2583,g3 gs 2.6381,g4 1.3444,g8 1。 根据公式(3)~(7)计算出耦合传输线偶模阻抗以 及奇模阻抗,通过ADS软件中LineCalc工具,可以计 算出各耦合传输线线长l、线宽w、问距S。由于在计 通钨电源 I 7川 {j 7 jU . :X波段发火J 过 ‘I吖J (1i‘定【, 11 . 毁f『J 纳 论I: 。二3…n1、/ 。。l J7『l】川、/ . f 刈 m,It。敬 化 Jt .AI) 』 优化仿真 功能.他 九 /J』fjJ+ I T…II 十i 以f. 十J , .1\I) r 址辽厂J 』『I『罔.如【 2 jUi.,j , 1.1Ⅲn1、. {)/I1¨11、 .越过i f .\I) 抓 l 、 k 化 .伽定 发火型滤波器 以搜州1 f f , :抽 f 为i).25…111 l2.3版图仿真 通过 川 优化 l’ . 城版 .世f¨ 版 『/J 真·发火 波 版 。 ,.、 西 口 ^囤[==ltf  I1 L ) ,t {II cJ - 3 1  1:… ¨ …5 F 0 [L f¨ 图2 7阶发夹型滤波器原理图 -'F)u FI u FI uFI'- 图3发夹型滤波器版图 。 』 舨 I I-仃r版 t^.仿真结粜cU1 4PI4-U, }仍 4-"『lJ‘以 ….滤波 rI一心频率 本为 l 1.-}( l I · 『i1i i: 疽 I.2('}lz.(fi (;I Iz处插入损牦为 f)l】(11j. 15(;I tz处插入捌托为5“(if{ ., .1 lfreq=I!()0GHz II11 il瞰si:J Ij==2, 2 c I ——————————— ———————————.... ,...一 I1"1 ,l freq=7 984GHz L妲i 堡 ! Il7銎 L———————————一 图5发夹型滤波器实物图 l M4 l freq=l3 49GHz — 一 —一dB(s( I肛一 ∞j I6 l4 l 5 『】etl=10 80(ilt/ dBfS(2,1¨一4 744 图4 发夹型滤波器版图仿真结果 cu=I 2 IHK H,  ̄ll'h (2 l11-. l^ 发夹型滤波器实物测试 牛勿 … 5 J 爪 f止Jl J fl i q络分fJ 仪逊f r;010 .i } lJ¥21 0l0试 ¨1 jl=fi: fJJ‘以it;/t1.滤波 r fJ、频率基本 72( - 1 1.4( I 1 ̄.'IiI: 范乃1.二(;t lz. (汁Iz处捅人损耗为 l 5( I Iz处抓人 牦为5()(1lj 『k1 r1为仿 .图6发夹型滤波器测试结果 (下转第81页) · 75 · 通镌电潦技术 2018年7月25日第35卷第7期 30 李响,等:激光尘埃粒子计数器 的温度稳定性测试 Telecom Power Technology Ju1.25,2(/18,Vo1.35 No.7 20 10 —— 鉴 0 .、 . . . . 30 34 42 ——1b 10 20 窭 囊薹圣 —、\. 一 ——’———‘一  ..  .. . . . ——\ 、 梨. ..—■、 29 30 31 32 34 35 36 37 38 39 40 温度/℃ 图6计数传感器电路板温度变化时 30 20 訾10 鉴 。 鬈一10 -..—·—..—_34 38  42 . 46 . 50 30 20 30 此时可以看出分辨率不仅严格地随着温度的上升 而递减,在常温下分辨率接近9【)9/6,当环境温度上升 到37℃左右时下降到85 附近;当温度继续上升到 40℃左右时,分辨率已经下降接近到8() 。这表明, 计数传感器的电路部分对温度比较敏感,电路板温度 升高会导致传感器分辨率显著下降,且电路板温度越 高,分辨率的下降趋势越明显,说明温度的影响越大。 图4改变环境温度高浓度输入时粒子浓度示值误差 4 总 结 由于激光尘埃粒子计数器中的二极管所在电路为 非线性放大指数运算电路,大信号的放大倍数远低于 小信号。而随着温度的升高,由于二极管的温度特性, 正向曲线会左移,导致大信号也获得了较之前更大的 放大倍数,故在输出波形的右侧(高电压值)区域的波 形得到了一定程度的展宽,从而导致计数器的分辨率 下降。 参考文献: [1]季玲媛.激光尘埃粒子计数器光电传感器信噪比特性的 2计数传感器分辨率的稳定性测试 完成上述两组实验后,需要更换标准粒子悬浊液, 改为输入粒径为0.6 Mm的标准粒子。更换之前,需要 对整套仪器泵人洁净空气以清除之前实验的0.5 Mm 粒径残存粒子,时间持续15 min; ̄右。在理想条件下, 输入0.6 m标准粒子的标准输出波形应为以0.6 m 为中心值的正态分布曲线。在本实验中表征计数器分 辨率的参量为计数器0.5/,m粒径档数值与0.3/,m粒 径档数值的比值,其理论值为85 。 3对激光光源模拟工作环境温度 由上文可知,激光光源的温度变化对计数器的粒子 浓度示值误差影响不大,接下来考察光源的温度变化是 否会对计数器的分辨率产生影响。图5、图6是激光光 源温度产生变化时计数传感器分辨率的测量结果。 研究[D].南京:南京理工大学硕士学位论文,2009. [2]杨25. 娟,彭刚,顾芳,等.激光尘埃粒子计数器传感 器性能优化设计[J].仪表技术与传感器,2009,(9):23— [3]梁春雷,黄惠杰,任冰强,等.激光尘埃粒子计数器微型 嚣 嚣 彘薹 l光学传感器的研究EJ].光学学报,2005,25(9):1260— 1264. [4]彭——-~一 刚,严伟,卞保民,等.尘埃粒子计数器标准粒子 —信号幅度分布统计分析[.『].测试技术学报,2009,23 (6):514—518. 器 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Es]高永峰,邹丽新,黄惠杰,等.尘埃粒子计数器中光源对 传感器光通量的影响分析[J].应用光学,20()5,26(3): 45—49. 温度/℃ 图5激光光源温度变化时 (上接第75页) 大学,2007—1. 4结束语 ADS原理图优化仿真和版图仿真可以较为便捷 地应用在滤波器仿真设计中,设计时通过原理图仿真 达到甚至优于指标要求后,进行版图仿真。ADS版图 仿真结果与实测结果基本一致。此外ADS仿真速度 相对较快,缩短了设计周期,提高了效率。 参考文献: [1] 陈琦.微波滤波器综合技术[D].西安:西安电子科技 [2]徐佳.交指型微带带通滤波器小型化研究[D].天津: 河北工业大学,2013. E3]万君磊,潘明海.新型微带抽头式发夹型带通滤波器的设 计[J].微波学报,2015,31(4):55—59. E4]HONG S,LANCASTER M .Microstrip filters for 7 erowave applications[M].Newyork:John Wiley ̄Sons Inc, 2001. 

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