微波注入實(shí)驗(yàn)用高隔離度雙工器的研究
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不同近似特性的濾波器在通頻帶內(nèi)和通頻帶外的幅度頻響曲線的起伏性，過(guò)渡頻帶的下降速度，通頻帶內(nèi)相位頻率特性等有很大差異，設(shè)計(jì)中首先要做的就是根據(jù)使用條件選擇濾波器的形式，即濾波器的近似特性，然后完成設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)好的阻帶衰減特性和平坦的通帶波紋，本文采用Chebyshev型濾波器來(lái)設(shè)計(jì)。Chebyshev低通原型濾波器的衰減特性，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
式中：
是通帶內(nèi)衰減最大值。這種特性濾波器同樣可以用圖2梯形電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。上式中n就是該梯形電路的電抗元件數(shù)目。若n為偶數(shù)，則響應(yīng)內(nèi)LA=0的頻率有n／2個(gè)；若n為奇數(shù)，則LA=0的頻率有(n+1)／2個(gè)。對(duì)于兩端都接電阻的雙終端Chebyshev低通原型濾波器，設(shè)其通帶波紋為L(zhǎng)Ar，g0=1，ω1’=1(歸一化)，則其他元件數(shù)值可用下式計(jì)算：
高、低阻抗線低通濾波器首先選定濾波器中的高、低阻抗值，設(shè)計(jì)出各高、低阻抗線中心導(dǎo)帶寬度，在給定高、低阻抗值和兩接地板的間距以及中心導(dǎo)帶的厚度后，查表計(jì)算出各線段的寬度；根據(jù)濾波器實(shí)際元件數(shù)值和不連續(xù)階梯的邊緣電容值，可以計(jì)算出各高、低阻抗線的長(zhǎng)度。最后修正兩端阻抗的長(zhǎng)度，以補(bǔ)償它們與50 Ω傳輸線間的不連續(xù)性。帶通濾波器可以由圖2低通原型濾波器經(jīng)阻抗變換器K和串聯(lián)諧振器或?qū)Ъ{變換器J和并聯(lián)諧振器轉(zhuǎn)換而成。根據(jù)低通原型元件數(shù)值和相對(duì)帶寬可以計(jì)算出各阻抗或?qū)Ъ{變換器參數(shù)，然后得到各電容間隙的電納。由歸一化電納可以計(jì)算出各諧振器的實(shí)際長(zhǎng)度。在給定兩接地板的間距以及中心導(dǎo)帶的厚度直接可以計(jì)算出各電容間隙，從而設(shè)計(jì)出電容間隙耦合帶通濾波器。
1．2 微波雙工器T型接頭設(shè)計(jì)
微波雙工器T型接頭不僅起到功率分配的作用，同時(shí)起到端口匹配作用。如圖3所示為了使兩個(gè)濾波器相互不影響，在端口2低通濾波器前還需要串聯(lián)一段長(zhǎng)度為λ1／4(λ1為端口3帶通濾波器中心頻率的介質(zhì)波長(zhǎng))阻抗為50 Ω的特性阻抗微帶傳輸線變換后接到公共輸入端口1，使得帶通濾波器的傳輸頻率在低通濾波器端短路，經(jīng)過(guò)λ1／4傳輸線阻抗后變成開路，從而不影響端口2的低通濾波器。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/160470.htm
由于T型接頭效應(yīng)，實(shí)際的串聯(lián)微帶線長(zhǎng)度要略小于λ1／4，其具體的長(zhǎng)度可以先根據(jù)濾波器中心介質(zhì)波長(zhǎng)計(jì)算λ1／4變換微帶線的長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定一個(gè)初始值，然后用ADS軟件進(jìn)行優(yōu)化確定。同理，在端口3帶通濾波器前也要串聯(lián)一段λ2／4(λ2為端口2低通濾波器中心頻率的介質(zhì)波長(zhǎng))阻抗為50Ω的特性阻抗傳輸線，使低通濾波器的傳輸頻率在帶通濾波器端短路，經(jīng)過(guò)λ2／4傳輸線阻抗后變成開路，從而不影響端口3的帶通濾波器。
2 微波雙工器的設(shè)計(jì)
2．1 微波雙工器的仿真設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的微波雙工器是由上面分析的高、低阻抗線低通濾波器和電容間隙耦合帶通濾波器通過(guò)T型接頭并聯(lián)構(gòu)成。微波雙工器原理圖3所示，設(shè)計(jì)的微波雙工器的兩信號(hào)通道分別為0～400 MHz和1．5～4．5 GHz。在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由公式計(jì)算的尺寸和仿真的結(jié)果有一定的出入，這主要由于公式是在理想條件下簡(jiǎn)易模型計(jì)算出來(lái)的，沒(méi)有考慮各個(gè)環(huán)節(jié)的互相影響，而仿真模擬盡可能的考慮到這方面的影響。實(shí)際影響器件頻率響應(yīng)的還有很多其它因數(shù)，如貼片的邊緣電容對(duì)電磁波的影響，介質(zhì)損耗等等，因此響應(yīng)特性在頻率上有一定的搬移。為了滿足微波雙工器小型化的要求，對(duì)其低通濾波器的高阻抗線部分進(jìn)行了折彎倒角設(shè)計(jì)，同時(shí)在其帶通濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了保留電容的設(shè)計(jì)，這種方法在頻率不是很高的情況下能夠進(jìn)一步減小微波雙工作器的尺寸(因?yàn)橐话愕碾娙菰诟哳l存在寄生通道，這將影響濾波器的頻率特性)。實(shí)驗(yàn)中，采用陶瓷介質(zhì)基板作為微波雙工器的制作材料，介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr=3．5，介質(zhì)襯底厚度為h=0．8 mm，微帶金屬導(dǎo)體厚度t=0．035 mm介質(zhì)的損耗角正切tg δ=0．001 8。微波雙工器結(jié)構(gòu)如圖4所示，利用ADS軟件對(duì)連接構(gòu)成的微波雙工器進(jìn)行優(yōu)化仿真，最終實(shí)現(xiàn)高隔離度的微波雙工器。
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評(píng)論