CN107332534A - 一种滤波功分器的电路结构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滤波功分器的电路结构，设置在功分器的输入端与输出端之间，功分器每一支路均设置有相同的滤波器，每一滤波器包括多级谐振电路以及多级耦合电容，在功分器每一支路两端之间间隔设置多级耦合电容，在相邻的两耦合电容之间设置一级谐振电路，每组相对应的谐振电路之间均通过隔离电阻相连。该电路结构的设计方法，构建所需的滤波功分器；选取滤波功分器的工作频率、带宽、带外滤波抑制度，且确定滤波器中谐振电路的级数和类型；根据获得的级数和类型确定每一级谐振电路中的电容与电感值，且使得功分器两端匹配；根据获得的电容与电感值对整个滤波功分器进行建模仿真优化各参数；根据修正后的仿真模型制作实物滤波功分器。

Description

一种滤波功分器的电路结构及其设计方法

技术领域

本发明属于射频电路设计技术领域，具体涉及一种滤波功分器的电路结构及其设计方法。

背景技术

在进行射频电路设计时，经常要使用射频功分器和滤波器，而且这些无源器件往往是尺寸最大的射频器件，以滤波器为例，P波段常用的LC滤波器封装尺寸为35mm×10mm×7mm，因此对射频电路小型化设计影响很大。一般来说，设计师在使用滤波器和功分器的时候都是分开使用的，先用一个功分器将信号一分为二，再加上两个输出滤波器对信号进行分别滤波使用；或者先对电路进行滤波再对信号进行功率分配，因此不管怎样设计都将会对电路的小型化产生巨大的影响，同时还要考虑器件间的匹配设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滤波功分器的电路结构及其设计方法，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种滤波功分器的电路结构，设置在功分器的输入端与输出端之间，功分器每一支路均设置有相同的滤波器，每一滤波器包括多级谐振电路以及多级耦合电容，在功分器每一支路两端之间间隔设置多级耦合电容，在相邻的两耦合电容之间设置一级谐振电路，每组相对应的谐振电路之间均通过隔离电阻相连。

优选地是，所述功分器为一分二功分器。

优选地是，所述滤波器中的所述耦合电容为五级、所述谐振电路为四级。

优选地是，所述谐振电路为LC谐振电路。

一种滤波功分器的电路结构的设计方法，包括如下步骤，

步骤一：基于滤波功分器的电路结构构建所需的滤波功分器；

步骤二：选取滤波功分器的工作频率、带宽、带外滤波抑制度，并且确定滤波器中谐振电路的级数和类型；

步骤三：根据步骤二获得的滤波器中谐振电路的级数和类型确定每一级谐振电路中的电容与电感值，并且使得功分器两端匹配；

步骤四：根据步骤三获得的电容与电感值对整个滤波功分器进行建模仿真优化各参数；

步骤五：根据修正后的仿真模型制作实物滤波功分器。

本发明所提供的一种滤波功分器的电路结构及其设计方法的有益效果在于，1)将滤波器和功分器的功能合二为一，满足两种功能需求，同时实现电路的小型化；2)设计简单，精度高，可对电路进行准确的匹配设计；3)设计方法通用性好，可在多个频段上设计滤波功分器电路；4)所设计的滤波功分器电路的尺寸小、成本低廉。

附图说明

图1为本发明滤波功分器电路实施例电路图；

图2为本发明滤波功分器电路实施例电路分解图；

图3为本发明滤波功分器实施例的S参数仿真图。

附图说明：

1-一级耦合电容、2-二级耦合电容、3-三级耦合电容、4-四级耦合电容、5-五级耦合电容、11、12-一级谐振电路、21、22-二级谐振电路、31、32-三级谐振电路、41、42-四级谐振电路。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的滤波功分器的电路结构及其设计方法做进一步详细说明。

一种滤波功分器的电路结构，设置在功分器的输入端与输出端之间，功分器每一支路均设置有相同的滤波器，每一滤波器包括多级谐振电路以及多级耦合电容，在功分器每一支路两端之间间隔设置多级耦合电容，在相邻的两耦合电容之间设置一级谐振电路，每组相对应的谐振电路之间均通过隔离电阻相连。

下面简述滤波功分器的设计方法，步骤如下：

步骤一：基于滤波功分器的电路结构构建所需的滤波功分器。

步骤二：选取滤波功分器的工作频率、带宽，明确带外滤波抑制度，根据上述指标要求确定滤波器中谐振电路的级数和类型。

步骤三：根据上步确定的滤波器中谐振电路的级数和类型，使用商用滤波网络综合软件进行网络综合确定每一级谐振电路中的电容与电感值，此时将滤波器的输入输出阻抗分别按照功分器的要求设计，使得功分器两端匹配。

步骤四：将上步得到的电容、电感参数在电路原理仿真软件中进行建模，对单个滤波器进行频域仿真验证；再将多个滤波器的一端连在一起作为和路段使用，然后在每对相应的谐振单元中间用电阻进行连接，并对整体结构进行电路仿真反复修正电容、电感与电阻的参数直至达到最优化指标参数为止。

步骤五：将最终得到的电路结构在电路制图软件中进行制图设计，并完成交制、焊接、测试等步骤，进行最终的实际参数调整，完成设计。

下面通过一实施例进一步说明。

图1和图2为本发明提供的P波段集总滤波功分器电路，该电路中的功分器为一分二功分器，该滤波功分器电路包括：一级谐振电路11-12、二级谐振电路21-22、三级谐振电路31-32、四级谐振电路41-42、一级耦合电容1、二级耦合电容2、三级耦合电容3、四级耦合电容4、五级耦合电容5、一级隔离电阻R1、二级隔离电阻R2、三级隔离电阻R3、四级隔离电阻R4，即耦合电容为五级、谐振电路为四级、隔离电阻为四级。

设计步骤以下：

第一步，首先选取滤波功分器的工作频率208MHz、1dB带宽24M；明确带外滤波抑制度55dB，根据上述指标要求确定滤波器的级数N＝4、类型是LC谐振电路。

第二步，根据已确定的滤波器的级数和类型，使用商用滤波网络综合软件进行网络综合得到相应的电容与电感值：一级谐振电路C11＝C12＝27pF、L11＝L12＝16nH，二级谐振电路C21＝C22＝27.5pF、L21＝L22＝16nH，三级谐振电路C31＝C32＝27.5pF、L31＝L32＝16nH，四级谐振电路C41＝C42＝23.6pF、L41＝L42＝16nH，此时将滤波器的输入输出阻抗分别按照功分器的要求设计为50欧姆(支路端)、100欧姆(合路端)，使用此方法可将端口进行匹配。

第三步，将上文得到的电容、电感参数在电路原理仿真软件中进行建模，对单个滤波器进行频域仿真验证；此后对单个滤波器通过耦合电容进行级联并进行仿真验证，其中一级耦合电容C51＝C52＝11pF、二级耦合电容C61＝C62＝5.1pF、三级耦合电容C71＝C72＝3.1pF、四级耦合电容C81＝C82＝4.1pF、五级耦合电容C91＝C92＝11.5pF。

第四步，再将两个滤波器的100欧姆端连在一起作为和路段使用，然后在每对相应的谐振单元中间用电阻进行连接，隔离电阻分别选为R1＝100Ω、R2＝150Ω、R3＝200Ω、R4＝300Ω，最后对整体的滤波功分器电路进行优化仿真，将得到的电路结构在电路制图软件中进行制图设计，并完成交制、焊接、测试等步骤，测试结果与仿真得到的结构基本一致，完成设计，实物滤波功分器的S参数仿真图见图3所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种滤波功分器的电路结构，设置在功分器的输入端与输出端之间，其特征在于，功分器每一支路均设置有相同的滤波器，每一滤波器包括多级谐振电路以及多级耦合电容，在功分器每一支路两端之间间隔设置多级耦合电容，在相邻的两耦合电容之间设置一级谐振电路，每组相对应的谐振电路之间均通过隔离电阻相连。

2.根据权利要求1所述的滤波功分器的电路结构，其特征在于，所述功分器为一分二功分器。

3.根据权利要求2所述的滤波功分器的电路结构，其特征在于，所述滤波器中的所述耦合电容为五级、所述谐振电路为四级。

4.根据权利要求3所述的滤波功分器的电路结构，其特征在于，所述谐振电路为LC谐振电路。

5.一种根据权利要求1所述的滤波功分器的电路结构的设计方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一：基于滤波功分器的电路结构构建所需的滤波功分器；

步骤二：选取滤波功分器的工作频率、带宽、带外滤波抑制度，并且确定滤波器中谐振电路的级数和类型；

步骤三：根据步骤二获得的滤波器中谐振电路的级数和类型确定每一级谐振电路中的电容与电感值，并且使得功分器两端匹配；

步骤四：根据步骤三获得的电容与电感值对整个滤波功分器进行建模仿真优化各参数；

步骤五：根据修正后的仿真模型制作实物滤波功分器。