【正文】 .............................................. 8 第 3章 帶通濾波器的重要指標(biāo)及優(yōu)化原則 .................................. 9 167。 S 參數(shù) .................................................... 10 167。 設(shè)計指標(biāo) .................................................. 14 167。 原理圖仿真及優(yōu)化 ........................................... 19 167。 后期需要改進(jìn)的地方 ......................................... 27 結(jié) 束 語 ............................................................ 29 參考文獻(xiàn) ............................................................ 30 1 第 1 章 引言 167。信息傳遞必須通過兩種方式：有線傳輸方式和無線傳輸方式。移動通信、衛(wèi)星通信屬于無線通信。圖 11是一種典型的移動電話射頻電路方框圖，圖中的虛線部分表示在該無線通信設(shè)備中的濾波元件。 圖 11 一種典型的移動電話射頻方框圖 無線通信技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，對無線通信電子設(shè)備提出了更高的要求，集成化、小型化、高可靠性已經(jīng)成為無線通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，這就要求電路在滿足電氣性能的同時，盡可能減少電路占用空間 [1]。這些新的封裝形式，通過將不同信號的集成電路高密度地混合集成在一起，能夠有效地 減小系統(tǒng)的體積，從而實現(xiàn)了無線通信系統(tǒng)的小型化。而系統(tǒng)中的天線、濾波器、耦合器等無源電路盡管可以在一定程度上集成在現(xiàn)代封裝系統(tǒng)中，但是，由于其工作性能的特殊要求及其特定的工作原理，還不能從設(shè)計上完全實現(xiàn)小型化，仍然面臨著小型化、高性能化的關(guān)鍵技術(shù)難題。目前，國內(nèi)外針對這一研究熱點進(jìn)行了廣泛的研究，提出了一些 2 新的設(shè)計方法，并且取得了一定的成效。因此，性能優(yōu)良、高集成度的微波濾波器研究成為現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)研究中一個十分關(guān)鍵的工作。 167。市場需求的巨大動力促使各類濾波器不斷揚(yáng)長避短、改進(jìn)提高，在很大程度上已突破了早期的多種性能、功能或成本局限。當(dāng)然，許多問題涉及工藝控制與封裝過程，有待解決。 FBAR 的電特性己經(jīng)達(dá)到目前 CDMA 和 PCS陶瓷雙工器的性能標(biāo)準(zhǔn)。 PHS 1900 用最小的2 級帶通濾波器僅 ( mm ) ，而相對應(yīng)的 2級耦合型介質(zhì)濾波器只能達(dá) ( mm ）。 WLAN2450 的最小型僅為 ( mm ）。此后，松下、日本、飛利浦、雙信、 NGK 、 JTI 等公司先后開發(fā)出適合于表面貼裝的同類新產(chǎn)品 [3]。目前移動通信中所使用的主要頻率為 — GHz，全球 GSM頻段分為 4段，即 850/900/1800/1900MHz。為了在移動環(huán)境下實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)傳輸， IEEE 成了寬帶移動的重要里程碑，促進(jìn)了移動寬帶的演進(jìn)和發(fā)展 , 劃分為 Wi MAX 的全球性統(tǒng)一無線電頻段 [4] 。 我國移動通信發(fā)展迅速，一方面用戶數(shù)量不斷增長，另一方面用戶要求的業(yè)務(wù)種類也不斷的增加，從話音業(yè)務(wù)到短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及將來的移動多媒體業(yè)務(wù)?，F(xiàn)在移動通信系統(tǒng)從 GSM 到 GPRS 直至 CDMA ，頻率從原來的幾百赫茲到了現(xiàn)在的 9OOMHz 、 GHz 、 、 甚至更高。在 微波波段，濾波器由于其具有小型化、易集成、設(shè)計靈活等優(yōu)點而越來越受到重視。為了在移動設(shè)備等器件上獲得更廣泛的應(yīng)用，器件小型化已經(jīng)是非常重要的要求，在應(yīng)用新型材料制作的同時，我們也利用了微波技術(shù)的各種理論通過都對微帶濾波器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計中，可以采用多個相互耦合的微帶線以提高濾波器的耦合度，降低濾波器的面積，同時，從微帶線的等效分布電感、電容出發(fā)，結(jié)合模擬 和試驗結(jié)果，提出濾波器的等效 LC電路，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而減小濾波器的尺寸 [5]。當(dāng)平行耦合微帶線長度為4?時，有帶通濾波器的特性，但其不能提供陡峭的通帶到阻帶過渡，如果將多個耦合微帶線單元級聯(lián)，級聯(lián)后的網(wǎng)絡(luò)可以具有良好的濾波特性。 濾波器的分類 最普通的濾波器 有低通、高通、帶通、帶阻衰減特性（如圖 21所示）。 (b)按用的元件分，有集總參數(shù)濾波器，分布參數(shù)濾波器，無源濾波器，有源濾波器，晶體濾波器，聲表面波濾波器，等等 [6]。 帶通 濾波器的主要參數(shù) (1)絕對衰減（ Absolute attenuation）：阻帶中最大衰減（ dB） (2)帶寬（ Bandwidth）：通帶的 3dB帶寬（ flow— fhigh） (3)中心頻率： fc或 f0 (4)截止頻率：下降沿 3dB點頻率 5 (5)每倍頻程衰減 (dB/Octave)：離開截止頻率一個倍頻程衰減 (dB) (6)微分時延 (differential delay)：兩特定頻率點群時延之差以 ns計 (7)群時延 (Group delay)：任何離散信號經(jīng)過濾波器的時延 (ns) (8)插入損耗 (insertion loss)：當(dāng)濾波器與設(shè)計要求的負(fù)載連接，通帶中心衰減， dB (9)帶內(nèi)波紋 (passband ripple)：在通帶內(nèi)幅度波動，以 dB計 (10)相移 (phase shift)：當(dāng)信號經(jīng)過濾波器引起的相移 (11)品質(zhì)因數(shù) Q(quality factor)：中心頻率與 3dB帶寬之比 (12)反射損耗 (Return loss) (13)形狀系數(shù) (shape factor)：定義為 ? ?? ?點 點dBBW dBBW 360 (14)止帶 (stop band或 reject band)：對于低通、高通、帶通濾波器，指衰減到指定點 (如 60dB點 )的帶寬 [7]。 帶通濾波器的設(shè)計原型 低通濾波器 是帶通濾波器的特例， 可作為帶通濾波器設(shè)計基礎(chǔ)。139。 1lg10???? dB (21) （ 21）中 ?滿足關(guān)系式（ 22）： ? ? ArL??1lg10 ? (22) N對應(yīng)于電路所需級數(shù)。? = 0處 (2n1)階的導(dǎo)數(shù) =0 ,1? 定義為衰減 3dB的頻帶邊緣點 (2) 切比雪夫低通濾波器特性曲線（如圖 23所示）： 圖 23切比雪夫低通濾波器特性曲線 數(shù)學(xué)表示式如（ 23）、（ 24）： ? ?39。39。1239。139。139。 c o s hc o s h1lg10?????????????? ???????? nLA (24) (23),(24)中 ?滿足關(guān)系式 (25)： ? ? ArL??1lg10 ? (25) n仍舊是電路里電抗元件的數(shù)目。 最大平坦衰減特性曲線與切比雪夫特性曲線比較可以看出： 若通帶內(nèi)允許的衰減量 ArL 和電抗元件的數(shù)目 n為一定，則切比雪夫濾波器的截止速率更快 [8] 。 假如濾波器中的電抗元件的損耗較大，那么無論那種濾波器的通帶響應(yīng)的形狀與無耗時的比較，都將發(fā)生變化，而在切比雪夫濾波器中這種影響尤其嚴(yán)重。 7 167。0R = 1或 0g = 39。1? = 1 對于兩端帶有電阻終端的最大平坦濾波器，給定 ArL = 3dB、 0g = 1 和 39。1? = 1，它的原型元件值可按以下各式計算： ??????? hln ArL? (27) ??????? n2sinh ?? (28) ? ? ?????? ?? nka k 2 12sin ?, k=1,2,? ,n (29) ???????? nkbk ?? sin2, k=1,2,? ,n (210) ?11 2ag ? (211) ????????????1114kkkkk gb aag , k=2,3,? n (212) 8 當(dāng) n為奇數(shù)時， 11 ??ng (213) 當(dāng) n為偶數(shù)時， ???????? 4c ot h 21 ?ng (214) 167。印制導(dǎo)線的厚度、寬度、印制導(dǎo)線與地 層的距離以及電介質(zhì)的介電常數(shù)決定了微帶線的特性阻抗。單位長度微帶線的傳輸延遲時間，僅僅取決于介電常數(shù)而與線的寬度或間隔無關(guān)帶狀線是介于兩個接地層之間的印制