CN105915197B - 一种有源低通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种有源低通滤波器，包括输入匹配模块、无源低通滤波器模块、级间匹配模块、低噪声放大器模块和输出匹配模块，输入匹配模块的输出端与无源低通滤波器模块输入端连接，无源低通滤波器模块的输出端与级间匹配模块的输入端连接，级间匹配模块的输出端与低噪声放大器模块输入端连接，级间匹配模块使无源低通滤波器模块与低噪声放大器模块之间的电路阻抗达到50欧姆，低噪声放大器模块使整个系统的增益达到要求的大于3dB；低噪声放大器模块的输出端与输出匹配模块的输入端连接。本发明中的整体结构包含三个匹配电路模块、一个无源低通滤波器模块、一个低噪声放大器模块，结构简单实用，可以用于其他类型滤波器的设计中。
Description
技术领域
本发明涉及一种有源低通滤波器，尤其是涉及一种有源微带线超宽带低通滤波器。
背景技术
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，常用于信号处理。它的功能是允许从零到某个截止频率的信号无衰减地通过，而对其他频率的信号有抑制作用。由于真实的世界中有各种各样需要或者不需要的信息，所以它可以以某种规定的方式将输入信号根据需要变换成系统要求的输出信号，让某些频率成分的信号通过而使其它频率成分的信号受到阻塞或者衰减。它是一种应用非常广泛的信号处理系统，在通信、航天、自动控制、传感器等领域起着重要的作用。然而对于超高频射频滤波器来说，超高频射频技术门槛高，国内发展较晚，技术相对欠缺，从事超高频射频产品生产的企业很少，更缺少具有自主知识产权的创新型企业。事实上，任何电子系统，从简单的放大器到复杂的数字信号处理系统都需要滤波器。由于在实际生活中，所有的模拟系统，都不可避免的要与噪声和外界干扰打交道，这样，滤波器就常被用来消除不必要的噪声以及抑制外界对自身系统的干扰等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超宽带0-5.8GHz、噪声系数小于3dB、增益高于3dB、输入输出匹配为50欧、绝对稳定的一种有源低通滤波器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种有源低通滤波器，包括输入匹配模块、无源低通滤波器模块、级间匹配模块、低噪声放大器模块和输出匹配模块，所述的输入匹配模块的输出端与无源低通滤波器模块输入端连接，输入匹配模块使整个系统的输入阻抗达到50欧姆，无源低通滤波器模块形成一个增益为0，截止频率为5.8GHz的滤波器；所述的无源低通滤波器模块的输出端与级间匹配模块的输入端连接，所述的级间匹配模块的输出端与低噪声放大器模块输入端连接，级间匹配模块使无源低通滤波器模块与低噪声放大器模块之间的电路阻抗达到50欧姆，低噪声放大器模块使整个系统的增益达到要求的大于3dB；所述的低噪声放大器模块的输出端与输出匹配模块的输入端连接，输出匹配模块使整个系统的输出阻抗达到50欧姆。
所述的低通滤波器模块由十个并联微带短截线和九个串联微带传输线连接而成，其通过ADS软件内自带的设计向导，简单快速生成的一种无源微带线低通滤波器，其作用是形成一个增益为0，截止频率为5.8GHz的滤波器。
所述的低噪声放大器模块由低噪声放大器芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻组成，所述的低噪声放大器芯片的栅极和第一电容一端连接，所述的第一电容的另一端和级间匹配模块的一端连接，所述的低噪声放大器的漏极和第四电容的输入端连接，所述的第四电容的输入端和第二电阻的输入端连接，所述的第四电容的输出端和输出匹配电路连接，所述的第二电阻的输出端和第五电容的输入端连接且和第三电阻的输入端连接，所述的第五电容的输出端接地，所述的第三电阻的输出端接地，所述的低噪声放大器的栅极和第四电阻的一端连接，所述的第四电阻的另一端和第五电阻一端连接，所述的第五电阻的另一端和第四电容的输出端连接。其作用是使整个系统的低通滤波波形达到满足要求的大于3dB。
所述各匹配模块的匹配基本准则为：(1)回波损耗S11或S22曲迹与史密斯圆图中心的距离应缩短；(2)回波损耗S11、S22或阻抗轨迹在史密斯圆图上所占据的区域应被压缩到最小。
所述的级间匹配模块由第二并联短截微带线、第一串联传输微带线、第三串联传输微带线、第四串联传输微带线、第六电阻组成，所述的第二并联短截微带线和第一串联传输微带线的一端连接，所述的第一串联传输微带线另一端与低噪声放大器输入端连接，所述的第三串联传输微带线一端与低噪声放大器输入端连接，另一端与第四串联传输和第六电阻连接，所述的第六电阻另一端接地，所述的第四串联传输微带线另一端与低通滤波器模块的输出端连接，采用并联导纳式结构作为输入匹配电路。并联导纳网络包括一段串联传输线与一段并联短截微带线，串联传输微带线可以起到导纳变换的作用，而并联短截微带线的输入导纳则作为补偿电纳，并联电阻使初始阻抗沿史密斯原图中等于常数的弧线移动到一个具有更低电阻值的圆上。其作用是使无源低通滤波器模块与低噪声放大器模块之间的电路阻抗达到50欧姆。
所述的输入匹配模块由第二电感、第九电容、第二十七并联短截微带线、第 二十六串联传输微带线、第二十五串联传输微带线、第二十四串联传输微带线组成，所述的第二电感一端与第九电容连接，另一端与低通滤波器模块输入端连接，所述的第九电容另一端与第二十五串联传输微带线和第二十六串联传输微带线连接，所述的第二十六串联传输微带线另一端与第二十七并联短截微带线连接，所述的第二十五串联传输微带线另一端第二十四串联传输微带线连接，所述的第二十四串联传输微带线另一端是信号输入端。输入匹配模块与上述级间匹配模块同采用并联导纳式结构，不同之处在与输入匹配模块还加入了电容和电感，电容的作用是使其阻抗沿史密斯原图的等电阻圆逆时针移动，使其更靠近史密斯圆图中心，电感的作用是使其阻抗沿着曲线所在的电纳圆逆时针移动，使其更靠近史密斯原图中心，其作用是使整个系统的输入阻抗达到50欧姆。
所述的输出匹配模块由第一电感、第九电阻、第二十八串联传输微带线、第二十九串联传输微带线组成，所述的第一电感一端与低噪声放大器输出端连接，所述的第一电感的另一端与第二十八串联传输微带线一端连接，所述的第二十八串联传输微带线另一端与第九电阻一端和第二十九串联传输微带线一端连接，所述的第九电阻另一端接地，第二十九串联传输微带线另一端为输出匹配电路的输出端。输出匹配电路采用有耗匹配网络，两段微带线之间并联电阻，其作用是改善宽带增益平坦度，提高稳定性；第一电感的作用是使其阻抗沿着曲线所在的电纳圆逆时针移动，使其更靠近史密斯原图中心，并使整个系统的输出阻抗达到50欧姆。
本发明的有益效果是：(1)由于滤波器的种类和带宽可以单独控制，因此本发明也可使用与除0-5.8GHz之外的其他频段的宽带滤波器设计。(2)由于本发明中的低噪声放大器的增益可以控制，因此本发明也适用于其他增益段的设计。(3)本发明中的整体结构包含三个匹配电路模块、一个无源低通滤波器模块、一个低噪声放大器模块，结构简单实用，可以用于其他类型滤波器的设计中。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的总体框图。
图2是本发明输入匹配模块电路原理图。
图3是本发明低通滤波器模块电路原理图。
图4是本发明级间匹配模块电路原理图。
图5是低噪声放大器模块电路原理图。
图6是输出匹配电路模块电路原理图。
具体实施方式
在图1中，一种有源低通滤波器，包括无源低通滤波器模块2、低噪声放大器模块3、输入匹配模块1、级联匹配模块3、输出匹配模块5，无源低通滤波器模块2分别与输入匹配模块1的输出端和级联匹配模块3的输入端连接，低噪声放大器模块4分别与输出匹配模块5的输入端和级联匹配模块3的输出端连接。
上述具体实施例中，如图3所示，无源低通滤波器模块由第五微带线TL5、第六微带线TL6、第七微带线TL7、第八微带线TL8、第九微带线TL9、第十微带线TL10、第十一微带线TL11、第十二微带线TL12、第十三微带线TL13、第十四微带线TL14、第十五微带线TL15、第十六微带线TL16、第十七微带线TL17、第十八微带线TL18、第十九微带线TL19、第二十微带线TL20、第二十一微带线TL21、第二十二微带线TL22、第二十三微带线组成TL23，第五微带线TL5和第六微带线TL6一端连接后与级间匹配电路输入端IN3连接，第六微带线TL6的另一端和第七TL7还有第八微带线TL8的一端连接，第八微带线TL8的另一端和第九微带线TL9还有第十微带线的一端连接，第十微带线的另一端和第十一微带线还有第十二微带线的一端连接，第十二微带线的另一端和第十三微带线还有第十四微带线的一端连接，第十四微带线的另一端和第十五微带线还有第十六微带线的一端连接，第十六微带线的另一端和第十七微带线还有第十八微带线的一端连接，第十八微带线的另一端和第十九微带线还有第二十微带线的一端连接，第二十微带线的另一端和第二十一微带线还有第二十二微带线的一端连接，第二十二微带线的另一端和第二十三微带线连接后与输入匹配电路输出端OUT1连接。
上述具体实施例中，如图5所示，低噪声放大器模块由低噪声放大器芯片SNP1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5组成，其中低噪声放大器芯片SNP1用Fujitsu公司的FHX13X，低噪声放大器芯片SNP1的栅极和第一电容C1一端连接，第一电容C1的另一端和级间匹配电路的输出 端OUT3连接，低噪声放大器的漏极2和第四电容C4的输入端连接，第四电容C4的输入端和第二电阻R2的输入端连接，第四电容C4的输出端和输出匹配电路输入端IN3连接，第二电阻R2的输出端和第五电容C5的输入端连接且和第三电阻R3的输入端连接，第五电容C5的输出端接地，第三电阻R3的输出端接地，低噪声放大器的栅极1和第四电阻R4的一端连接，所述的第四电阻R4的另一端和第五电阻R5一端连接，第五电阻R5的另一端和第四电容C4的输出端连接，所述的低噪声放大器的源极Ref与第二电容C2、第一电阻R1和第三电容C3一端连接，所述的第二电容C2、第一电阻R1和第三电容C3的另一端接地。
上述具体实施例中，如图2所示，输入匹配模块由第二电感L2、第九电容C9、第二十七微带线TL27、第二十六微带线TL26、第二十五微带线TL25、第二十四微带线TL24组成，第二电感L2一端与第九电容C9连接，L2另一端与无源低通滤波器模块输入端IN2连接，第九电容C9另一端与第二十五微带线TL25和第二十六微带线TL26连接，第二十六微带线TL26另一端与第二十七微带线TL27连接，第二十五微带线TL25另一端与第二十四微带线TL24连接，第二十四微带线TL24另一端是信号输入端Signal-IN。
上述具体实施例中，如图4所示，级间匹配模块由第二微带线TL2、第一微带线TL1、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第六电阻R6组成，第二微带线TL2和第一微带线TL1的一端连接，第一微带线TL1另一端与低噪声放大器输入端IN4连接，第三微带线TL3一端与低噪声放大器输入端连接，另一端与第四微带线TL4和第六电阻R6连接，所述的第六电阻R6另一端接地，所述的第四微带线TL4另一端与低通滤波器模块的输出端OUT2连接。
上述具体实施例中，如图6所示，输出匹配端由第一电感L1、第九电阻R9、第二十八微带线TL28、第二十九微带线TL29组成，所述的第一电感L1一端与低噪声放大器输出端OUT4连接，所述的第一电感L1的另一端与第二十八微带线TL28一端连接，所述的第二十八微带线TL28另一端与第九电阻R9一端和第二十九微带线TL29一端连接，所述的第九电阻R9另一端接地，第二十九微带线TL29另一端为输出匹配电路的输出端Signal-OUT。
Claims (6)
1.一种有源低通滤波器，其特征在于：该滤波器包括输入匹配模块、无源低通滤波器模块、级间匹配模块、低噪声放大器模块和输出匹配模块，所述的输入匹配模块的输出端与无源低通滤波器模块输入端连接，输入匹配模块使整个系统的输入阻抗达到50欧姆，无源低通滤波器模块形成一个增益为0，截止频率为5.8GHz的滤波器；所述的无源低通滤波器模块的输出端与级间匹配模块的输入端连接，所述的级间匹配模块的输出端与低噪声放大器模块输入端连接，级间匹配模块使无源低通滤波器模块与低噪声放大器模块之间的电路阻抗达到50欧姆，低噪声放大器模块使整个系统的增益达到要求的大于3dB；所述的低噪声放大器模块的输出端与输出匹配模块的输入端连接，输出匹配模块使整个系统的输出阻抗达到50欧姆；
所述的无源低通滤波器模块由十个并联微带短截线和九个串联微带传输线连接而成，其通过ADS软件内自带的设计向导，简单快速生成的一种无源微带线低通滤波器，其作用是形成一个增益为0，截止频率为5.8GHz的滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种有源低通滤波器，其特征在于：所述的低噪声放大器模块由低噪声放大器芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻组成，所述的低噪声放大器芯片的栅极和第一电容一端连接，所述的第一电容的另一端和级间匹配模块的一端连接，所述的低噪声放大器芯片的漏极和第四电容的输入端连接，所述的第四电容的输入端和第二电阻的输入端连接，所述的第四电容的输出端和输出匹配电路连接，所述的第二电阻的输出端和第五电容的输入端连接且和第三电阻的输入端连接，所述的第五电容的输出端接地，所述的第三电阻的输出端接地，所述的低噪声放大器芯片的栅极和第四电阻的一端连接，所述的第四电阻的另一端和第五电阻一端连接，所述的第五电阻的另一端和第四电容的输出端连接；其作用是使整个系统的低通滤波波形达到满足要求的大于3dB。
3.根据权利要求1所述的一种有源低通滤波器，其特征在于：输入匹配模块、级间匹配模块和输出匹配模块的匹配基本准则为：(1)回波损耗S11或S22曲迹与史密斯圆图中心的距离应缩短；(2)回波损耗S11、S22或阻抗轨迹在史密斯圆图上所占据的区域应被压缩到最小。
4.根据权利要求1所述的一种有源低通滤波器，其特征在于：所述的级间匹配模块由第二并联短截微带线、第一串联传输微带线、第三串联传输微带线、第四串联传输微带线、第六电阻组成，所述的第二并联短截微带线和第一串联传输微带线的一端连接，所述的第一串联传输微带线另一端与低噪声放大器模块输入端连接，所述的第三串联传输微带线一端与低噪声放大器模块输入端连接，另一端与第四串联传输和第六电阻连接，所述的第六电阻另一端接地，所述的第四串联传输微带线另一端与无源低通滤波器模块的输出端连接，采用并联导纳式结构作为输入匹配电路；并联导纳网络包括一段串联传输线与一段并联短截微带线，串联传输微带线可以起到导纳变换的作用，而并联短截微带线的输入导纳则作为补偿电纳，并联电阻使初始阻抗沿史密斯原图中等于常数的弧线移动到一个具有更低电阻值的圆上；其作用是使无源低通滤波器模块与低噪声放大器模块之间的电路阻抗达到50欧姆。
5.根据权利要求1所述的一种有源低通滤波器，其特征在于：所述的输入匹配模块由第二电感、第九电容、第二十七并联短截微带线、第二十六串联传输微带线、第二十五串联传输微带线、第二十四串联传输微带线组成，所述的第二电感一端与第九电容连接，另一端与无源低通滤波器模块输入端连接，所述的第九电容另一端与第二十五串联传输微带线和第二十六串联传输微带线连接，所述的第二十六串联传输微带线另一端与第二十七并联短截微带线连接，所述的第二十五串联传输微带线另一端第二十四串联传输微带线连接，所述的第二十四串联传输微带线另一端是信号输入端；输入匹配模块与上述级间匹配模块同采用并联导纳式结构，不同之处在与输入匹配模块还加入了电容和电感，电容的作用是使其阻抗沿史密斯原图的等电阻圆逆时针移动，使其更靠近史密斯圆图中心，电感的作用是使其阻抗沿着曲线所在的电纳圆逆时针移动，使其更靠近史密斯原图中心，其作用是使整个系统的输入阻抗达到50欧姆。
6.根据权利要求1所述的一种有源低通滤波器，其特征在于：所述的输出匹配模块由第一电感、第九电阻、第二十八串联传输微带线、第二十九串联传输微带线组成，所述的第一电感一端与低噪声放大器模块的输出端连接，所述的第一电感的另一端与第二十八串联传输微带线一端连接，所述的第二十八串联传输微带线另一端与第九电阻一端和第二十九串联传输微带线一端连接，所述的第九电阻另一端接地，第二十九串联传输微带线另一端为输出匹配电路的输出端；输出匹配电路采用有耗匹配网络，两段微带线之间并联电阻，其作用是改善宽带增益平坦度，提高稳定性；第一电感的作用是使其阻抗沿着曲线所在的电纳圆逆时针移动，使其更靠近史密斯原图中心，并使整个系统的输出阻抗达到50欧姆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191128 Address after: 100071 room 397, 3 / F, building 1, yard 8, Hangfeng Road, Fengtai District, Beijing (Park) Patentee after: Beijing Tenghua Technology Co.,Ltd. Address before: 100124 Chaoyang District, Beijing Ping Park, No. 100 Patentee before: Beijing University of Technology |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181207 |