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耦合式帶通射頻濾波器設(shè)計(jì)0528畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)

2025-06-20 02:23本頁(yè)面
  

【正文】 ,其材料特性對(duì)微帶線濾波器的性能有很大的影響?;牧系慕殡姵?shù)、厚度以及介質(zhì)損耗角等參數(shù)稍有變化,就會(huì)影響濾波器的整體性能指標(biāo),因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分地把材料的這些影響因素考慮進(jìn)去,使濾波器的設(shè)計(jì)更趨合理。另外制作微帶線的導(dǎo)體材料也非常重要,選用制作微帶線導(dǎo)體材料的原則是:導(dǎo)體的厚度滿足設(shè)計(jì)要求(一般為35倍深度),導(dǎo)體材料損耗小,導(dǎo)體材料抗氧化能力強(qiáng),易于焊接及易與其它輸入輸出接頭連接等特性。濾波器的封裝腔體也是影響其性能指標(biāo)的一個(gè)關(guān)鍵因素,在微帶線的各種形式的結(jié)構(gòu)中,有的形式濾波器對(duì)邊界條件影響較小,而有的形式濾波器卻對(duì)邊界條件影響較大,如慢波濾波器。因此,對(duì)邊界條件影響較大濾波器在設(shè)計(jì)封裝腔體時(shí)應(yīng)使其寬度盡量小于半波長(zhǎng),以避免引入雜波影響濾波器的指標(biāo)性能。濾波器的封裝腔體內(nèi)表面盡量做到光滑且蒸銀,以減小濾波器的插入損耗。另外濾波器的封裝腔體設(shè)計(jì)也要注意密封以及與其它接頭相連接的特性。 平行耦合帶通濾波器版圖EM仿真經(jīng)過多次優(yōu)化及修改后,原理圖的仿真結(jié)果基本達(dá)到所要求的指標(biāo)。此時(shí)就可導(dǎo)出版圖。導(dǎo)出版圖后,添加PORT管腳,就可以進(jìn)行EM仿真啦。通過ADS矩量法(Momentum)的仿真,與濾波器的實(shí)際測(cè)量結(jié)果是相當(dāng)接近的。所以如果在Momentum仿真中出現(xiàn)這種問題,那么就要返回到原理圖仿真進(jìn)行修改和優(yōu)化,直到將Momentum仿真優(yōu)化到滿意的結(jié)果為止。導(dǎo)出版圖后,添加PORT管腳,就可以放心進(jìn)行EM仿真[7]。導(dǎo)出的版圖結(jié)構(gòu)如圖510所示,EM仿真結(jié)果如圖512所示。圖510 ADS中原理圖導(dǎo)出的版圖界面導(dǎo)出版圖后,為了進(jìn)一步看到真實(shí)的實(shí)物效果,利用ADS強(qiáng)大的內(nèi)置工具可以非常方便的導(dǎo)出其3D效果圖,如圖511所示,由此3D圖就可以清晰地再現(xiàn)實(shí)物做成后的真實(shí)圖像,非常的實(shí)用,有利于設(shè)計(jì)者一目了然的了解成品成像圖,加快了實(shí)物設(shè)計(jì)速度,節(jié)約了成本。圖511導(dǎo)出版圖的3D模型圖觀察導(dǎo)出的圖511的3D效果圖,不妨和其后真正做出的實(shí)物圖514做個(gè)簡(jiǎn)單對(duì)比,就不難發(fā)現(xiàn)3D圖基本是實(shí)物圖的翻版,對(duì)其實(shí)用價(jià)值就可略知一二,所以實(shí)踐時(shí),應(yīng)好好把握這些優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)完成上面所有步驟后,就可以進(jìn)行EM仿真了,ADS矩量法(Momentum)的仿真,與濾波器的實(shí)際測(cè)量結(jié)果是相當(dāng)接近的,它可以接受任意平而幾何形狀,并精確地仿真分析復(fù)雜地寄生,結(jié)構(gòu)間的耦合效應(yīng),設(shè)置好必要參數(shù),掃描點(diǎn)數(shù),最終得出的EM仿真結(jié)果如圖512所示,由圖所示,指標(biāo)很好的控制在了15dB以內(nèi),在通帶內(nèi)衰減控制在了1dB紋波以內(nèi),帶外衰減在40dB以外,滿足設(shè)計(jì)指標(biāo),達(dá)到優(yōu)化結(jié)果。圖512 ADS中版圖仿真結(jié)果界面由圖中數(shù)據(jù)可知,基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求,接下來就可進(jìn)行PCB版圖繪制。因?yàn)榇蟛糠謬?guó)內(nèi)廠家采用Protel99SE繪制版圖,所以在此也采用了Protel99SE進(jìn)行此次濾波器實(shí)際版圖的繪制工作。因?yàn)樵贏DS2009中,LAYOUT出的已為實(shí)際版圖,所以只需記錄好相應(yīng)尺寸,在Protel99SE中重新編排即可,用Protel99SE繪制的最終版圖如圖513所示:圖513 Protel99SE繪制的實(shí)際版圖界面繪制PCB文件時(shí),上下應(yīng)空出足夠空間,防止外界的耦合干擾,一般要求為線寬的兩倍左右,在此,采取了五倍線寬的空余。把此文件發(fā)給PCB廠后做出的實(shí)物濾波器后,焊接添加接頭后的實(shí)際版圖如圖514所示:圖514加工做成的實(shí)物耦合帶通微帶濾波器實(shí)物做成以后,整個(gè)設(shè)計(jì)工作就告一段落,為了查看設(shè)計(jì)實(shí)物是否達(dá)到要求指標(biāo),接下來就要進(jìn)行測(cè)試、調(diào)試工作。 6 實(shí)物的測(cè)量與調(diào)試 平行耦合帶通濾波器調(diào)試調(diào)試按照如下圖61所示方框圖進(jìn)行:圖61調(diào)試系統(tǒng)方框圖如果測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相差過多,則需要查找原因,對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,甚至進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、制板,直至達(dá)到預(yù)期指標(biāo)為止。 平行耦合帶通濾波器的測(cè)試因?yàn)橛∷㈦娐钒遄龀珊?,無需其他的元件焊接工作,只需焊接兩個(gè)接頭,所以焊接工序非常簡(jiǎn)單,焊接好的實(shí)物圖如圖514所示,焊接工作完畢之后就可以進(jìn)行測(cè)試工序的運(yùn)轉(zhuǎn)。 測(cè)試步驟(1)打開網(wǎng)絡(luò)分析儀,然后按下‘PRESET’鍵,;(2)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀一步步進(jìn)行校正,直至達(dá)到所測(cè)零誤差條件;(3)一切預(yù)備工作做好后,就可以進(jìn)行耦合帶通射頻濾波器的測(cè)試工作了,正在測(cè)試工作的濾波器如圖62所示;(4)對(duì)各個(gè)指標(biāo)就行測(cè)量,參數(shù)測(cè)量結(jié)果如圖63所示,發(fā)現(xiàn)結(jié)果與EM仿真非常匹配,,,非常好的完成了設(shè)計(jì)指標(biāo)。整體觀察,矩形系數(shù)也不錯(cuò),基本有了濾波器的模樣,帶外抑制衰減控制的指標(biāo)也不錯(cuò);圖62正在測(cè)試中的耦合微帶濾波器圖63實(shí)際測(cè)得值頻譜圖圖64 實(shí)際測(cè)量時(shí)的近景圖圖65 參數(shù)的實(shí)際測(cè)量值(5)再對(duì)參數(shù)或電壓駐波比VSWR測(cè)量,其結(jié)果分別如圖65和66所示,可以發(fā)現(xiàn)參數(shù)值比EM仿真結(jié)果相差不大,小于15dB滿足通帶內(nèi)滿足的設(shè)計(jì)指標(biāo)小于10dB要求,可以說整個(gè)結(jié)果測(cè)試非常滿意,令人鼓舞,達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。圖66電壓駐波比VSWR實(shí)際測(cè)量結(jié)果實(shí)際測(cè)出在通帶內(nèi)控制在15dB以外,這個(gè)結(jié)果令人滿意。,這個(gè)結(jié)果也相當(dāng)鄰人振奮,這說明反射系數(shù)小,功率利用率高,達(dá)到了所有的設(shè)計(jì)指標(biāo)。 測(cè)試結(jié)果分析因?yàn)榉植紖?shù)微帶型濾波器,在頻率很高時(shí)一根微帶表現(xiàn)出電感、電容及電阻等特性方面的綜合影響。材料特性、工藝參數(shù)、微帶濾波器的封裝腔體等方面的偏差,都對(duì)濾波器的參數(shù)性能有很大的影響,如工作頻率的漂移、工作帶寬的變化以及傳輸與反射參數(shù)惡化等。所以指標(biāo)相對(duì)電磁仿真有些許誤差是正常且可接受的。至此,本次設(shè)計(jì)到制作過程全部結(jié)束,結(jié)果達(dá)到指標(biāo),符合設(shè)計(jì)要求。 7 結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是以研究微帶耦合帶通濾波器為基礎(chǔ),梳理了微帶、濾波器等很多相關(guān)部分理論知識(shí),從相對(duì)較深一點(diǎn)的層次地分析了微帶線耦合帶通濾波器的設(shè)計(jì)、軟件優(yōu)化以及調(diào)試等方面的內(nèi)容。即先從微帶線理論著手,結(jié)合經(jīng)典濾波器設(shè)計(jì)原理,使歸一化的低通原型濾波器,結(jié)合阻抗變化以及微帶電路的特性,向微帶濾波器轉(zhuǎn)變,對(duì)在設(shè)計(jì)過程中常出現(xiàn)的問題通過參閱各種書籍、網(wǎng)絡(luò)等手段給出了分析和解決方法,從而達(dá)到了較理想的指標(biāo)要求,較好的完成了預(yù)定目標(biāo)。微波射頻的研究在軍事、航天、航空、電子、計(jì)算機(jī)、汽車電子、醫(yī)療電子等領(lǐng)域正大展宏圖,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在這方面做了一次小小嘗試,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的耦合微帶射頻濾波器在民商用頻段2GHz左右,做到了相對(duì)帶寬9%,帶內(nèi)衰減小于1dB,帶外衰減大于40dB的良好性能,但是必須看到參數(shù)的性能還有待進(jìn)一步提高,相關(guān)的理論知識(shí)還需補(bǔ)充,經(jīng)驗(yàn)還需積累。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我從事微波射頻設(shè)計(jì)方向的第一次實(shí)踐,對(duì)我即將到來的研究生學(xué)習(xí)生活將大有裨益,為即將開始從事的射頻微波工程領(lǐng)域開了一個(gè)門。在本次設(shè)計(jì)中,再次體會(huì)了主動(dòng)學(xué)習(xí)補(bǔ)充相關(guān)理論知識(shí),多向師長(zhǎng)請(qǐng)教,在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中不斷摸索的好處,掌握了遇到問題,探究問題,解決問題的能力。 致謝在這幾個(gè)月的時(shí)間里,從對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的理解,方案的設(shè)計(jì),到最終印刷電路板的制作,再到論文的寫作,中間傾注了自己很多的努力和汗水,當(dāng)然也滿滿的載著老師和同學(xué)的關(guān)心和無私的幫助。在此,首先要非常感謝駱新江駱老師,從選到這個(gè)課題開始,駱老師就不停督促、不辭辛勞地詢問我課題的進(jìn)度,引導(dǎo)開闊我的思路,他不辭厭煩的一次又一次為我講解我在課題中遇到的疑惑,犧牲了他很多休息或個(gè)人時(shí)間,在此,只能通過這種樸素方式向駱老師致以敬意。此外,還要感謝我的室友謝力同學(xué),謝謝他一直以來和我的交流討論,他對(duì)我提出的問題有許多有見地的見解,使我經(jīng)常有茅塞頓開的感覺,加快了我處理解決問題的速度。最后,即將離開母校,感謝母校為我的發(fā)展提供了一個(gè)平臺(tái)。 參考文獻(xiàn)[1](),().現(xiàn)代濾波器理論與設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,1984.[2][M].北京:科學(xué)出版社,2006.[3]ChiFeng Chen,TingYiHuang,RueyBeei Microstrip CrossCoupled Bandpass Filters Using Miniaturized Stepped Impedance Resonators[J]. 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