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．
