CN214507025U - 一种大功率射频滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种大功率射频滤波器，滤波器沿射频输入信号传输方向依次包括输入端口、第一串联谐振单元、第二并联谐振单元、第三串联谐振单元、第四并联谐振单元、第五串联谐振单元、第六并联谐振单元、第七串联谐振单元、第八并联谐振单元和输出端口。本实用新型定义了大功率带通滤波器的插入损耗，带外4.5MHz，27.095MHz处的抑制指标，以及大功率滤波器的仿真和实现方式，采用抗大功率设计，带宽定义为包含11.05MHz～16.05MHz，对于27.09MHz，抑制大于50dB，对于6MHz，抑制大于40dB，本实用新型的大功率带通滤波器具体实现用ADS建模仿真，通过优化电感和电容的数值来完成的。
Description
技术领域
本实用新型属于机电领域，特别涉及一种大功率射频滤波器。
背景技术
欧洲环线车载需要接收来自轨旁设备的CDMA信号，同时还需要保证应答器的正常工作。应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块。近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。智能标签确切的说是射频标签的一种创新，由具有粘性的标签和超薄射频标签组成。应答器的激活信号是27.095MHz，发送板输出功率为43dBm (20W)，这些信号均在一根同轴电缆中传送，因此需要在射频前端使用大功率射频滤波器来滤除27.095MHz信号，保证13.5MHz的CDMA信号正常接收。
本实用新型定义了大功率带通滤波器的插入损耗，带外4.5MHz， 27.095MHz处的抑制指标，以及大功率滤波器的仿真和实现方式。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提出一种大功率射频滤波器，所述滤波器沿射频输入信号传输方向依次包括输入端口、第一串联谐振单元、第二并联谐振单元、第三串联谐振单元、第四并联谐振单元、第五串联谐振单元、第六并联谐振单元、第七串联谐振单元、第八并联谐振单元和输出端口；
其中，所述第三串联谐振单元为三个电感与一个电容串联；
所述第一串联谐振单元包括第一电容和第一电感，所述第一电容一端与所述第一电感串联，所述第一电容另一端连接所述输入端口；
所述第二并联谐振单元包括第二电容和第二电感，所述第二电容一端与所述第一电容连接，另一端接地，所述第二电容两端并联所述第二电感。
进一步的，所述第三串联谐振单元包括第三电感、第四电感、第五电感和第三电容，所述第三电感一端与所述第二电容远离接地端的一端连接，所述第三电感另一端依次串联所述第四电感、第五电感和第三电容。
进一步的，所述第四并联谐振单元包括第六电感和第四电容，所述第四电容一端与所述第三电容远离所述第二并联谐振单元的一端连接，另一端接地，所述第四电容两端并联所述第六电感。
进一步的，所述第五串联谐振单元包括第七电感和第五电容，所述第七电感一端与所述第四电容远离接地端的一端连接，所述第七电感另一端连接所述第五电容。
进一步的，所述第六并联谐振单元包括第八电感和第六电容，所述第八电感一端与所述第五电容连接，另一端接地，所述第八电感两端并联所述第六电容。
进一步的，所述第七串联谐振单元包括第九电感和第七电容，所述第九电感一端与所述第八电感远离接地端的一端连接，所述第九电感另一端连接所述第七电容。
进一步的，所述第八并联谐振单元包括第十电感和第八电容，所述第十电感一端与所述第七电容连接，另一端接地，所述第十电感两端并联所述第八电容。
进一步的，所述第一电感远离所述第一电容的一端连接有射频连接器，所述射频连接器上有五个管脚，其中一个所述管脚与所述第一电感连接，其余管脚均接地。
进一步的，所述滤波器为带通滤波器，所述带通滤波器采用八阶LC滤波电路。
本实用新型定义了大功率带通滤波器的插入损耗，带外4.5MHz，27.095MHz处的抑制指标，以及大功率滤波器的仿真和实现方式，采用抗大功率设计，带宽定义为包含11.05MHz～16.05MHz，对于27.09MHz，抑制大于50dB，对于6MHz，抑制大于40dB，本实用新型的大功率带通滤波器具体实现用ADS建模仿真，通过优化电感和电容的数值来完成的。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本实用新型实施例中的大功率滤波器仿真模型示意图；
图2示出了本实用新型实施例中大功率滤波器带内插损仿真结果示意图；
图3示出了本实用新型实施例中大功率滤波器端口驻波仿真结果示意图；
图4示出了本实用新型实施例中大功率滤波器的电路设计结构及连接关系示意图；
图5示出了本实用新型实施例中大功率滤波器带内插损测试结果示意图；
图6示出了本实用新型实施例中大功率滤波器端口驻波测试结果示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
来自天线的信号里不仅有13.5MHz的CDMA小信号，还有27.095MHz 的激活信号，这个信号幅度很大，功率为20W，如果不对27.095MHz这个信号抑制处理，直接通过LNA(低噪声放大器)，放大器将承受不住，器件将会损坏。同时，还需考虑对来自应答器信号4.5MHz的抑制，大功率带通滤波器就是要达到这个目的，为保障后续放大器能有效放大工作带内的信号。
本实用新型对大功率的激活信号27.095MHz能有效抑制，保证 13.5MHz的CDMA信号能正常接收。本实用新型是依据Subset-044的标准完成技术发明。本实用新型定义了大功率带通滤波器的插入损耗，带外 4.5MHz，27.095MHz处的抑制指标，以及大功率滤波器的仿真和实现方式。根据SUBSET-044(Issue 2.4.0)的理解，带通滤波器带宽为4.5MHz，考虑到后续解扩处理，预留边带0.5MHz，因此按照13.5475MHz±2.5MHz来定义，即：11.05MHz～16.05MHz。
LC滤波器属于无源滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的LC滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备，LC电路一般指谐振电路。对于包含电容和电感及电阻元件的无源一端口网络，其端口可能呈现容性、感性及电阻性，当电路端口的电压U和电流I，出现同相位，电路呈电阻性时。称之为谐振现象，这样的电路，称之为谐振电路。
本实用新型指在射频前端使用大功率射频滤波器来滤除27.095MHz信号，保证13.5MHz的CDMA信号正常接收。
大功率带通滤波器主要指标定义，指标定义是根据Subset-044标准要求和实际天线应答器传输系统车载设备的链路计算得出，最低要求如下：
带内插损：
带内插损是指输入宽带信号通过小功率带通滤波器的时候，落在工作频率内的信号衰减量。信号通带内(11.05MHz～16.05MHz)，≤4dB。
带外抑制：
带外抑制指滤波器在定义的通带频率范围以外的衰减，或者针对某个特定频段的衰减，带外抑制是指对通带以外的信号的抑制程度，是对指定频点处的信号通过带通滤波器后的衰减量。对于27.095MHz，要求有尽可能大的抑制，根据射频板链路预算，需要≥50dB，对于6MHz，需要≥40dB。
端口驻波：
端口驻波是指工作带内11.05MHz～16.05MHz的回波损耗(回波损耗 RL(ReturnLoss)指的是射频输入信号反射回来的功率与输入信号功率的比值、回波损耗越小越好)，≤-10dB。
通带频率范围内的插入损耗定义为滤波器的输入功率和输出功率之比。常以-3dB作为定义标准，也就是常说的所谓“3dB带宽”。在某些测试和测量应用(如频谱测景)中，滤波器的通带插入损耗并不十分重要，因为滤波器所产生的插入损耗可以作为系统误差的一部分在最终结果中被修正。而在大功率应用中，滤波器的损耗则非常重要，即使只有1dB的插入损耗, 功率损失也会达到约20％。
图1示出了本实用新型实施例中的大功率滤波器仿真模型示意图，图1 中，采用ADS仿真设计对带通滤波器进行仿真处理，为保证通带内幅频特性的平坦度，采用最大平坦型(巴特沃斯)结构，本实用新型带通滤波器设计，中心频率是13.55MHz，1dB带宽5MHz，工作频带是11.05MHz到 16.05MHz，设计频率抑制点三个，一个是27.095MHz，一个是6MHz，另外一个是4.5MHz。先建立理想模型，进行仿真查看，得到初步结果后，把选用的电感和电容换成实际的模型代入进行仿真优化。本实用新型大功率带通滤波器采用八阶LC电路可以达到性能要。
图1中，电容C1与电感L1串联形成第一阶滤波电路，电容C1元件值为470pF，电感L1元件值为500nH；电容C2与电感L5并联形成第二阶滤波电路，电容C2一端与电容C1连接，另一端接地，电容C2两端并联电感L5，电容C2元件值为390pF，电感L5元件值为390nH；电感L2、电感L3、电感L4与电容C3串联形成第三阶滤波电路，电感L2一端与电容 C2相连接，其中，电感L2、电感L3、电感L4元件值均为500nH，电容C3 元件值为100pF；电容C4、电感L6并联形成第四阶滤波电路，其中，电容 C4与电容C3连接，电容C4上并联电感L6，电容C4元件值为680pF，电感L6元件值为220nH；电容C5、电感L7串联形成第五阶滤波电路，电感 L7与电容C4远离接地一端连接，电感L7另一端串联电容C5，电容C5元件值为91pF，电感L7元件值为1.8μH；电容C6、电感L8并联形成第六阶滤波电路，其中，电感L8与电容C5连接，电感L8上并联电容C6，电容C6元件值为560pF，电感L8元件值为270nH；电容C7、电感L9串联形成第七阶滤波电路，电感L9与电感L8连接，电感L9与电容C7连接，电容C7元件值为160pF，电感L9元件值为1.0μH；电容C8、电感L10并联形成第八阶滤波电路，其中，电感L10与电容C7连接，电感L10上并联电容C8，电容C8元件值为130pF，电感L10元件值为1.2μH。
图2示出了本实用新型实施例中大功率滤波器带内插损仿真结果示意图，图3示出了本实用新型实施例中大功率滤波器端口驻波仿真结果示意图，从仿真结果可以看出：工作带内，11.05MHz～16.05MHz插入损耗最大： -3.715dB，工作带外，在27.09MHz处的抑制为-62.012dB，在6MHz处的抑制为-52.547dB，在4.5MHz处的抑制为-74.908dB，工作带内的端口驻波最差处为-11.598dB。所以仿真数据均能满足设计定义需求。
具体的，m1点表示11.05MHz处的抑制-3.715dB，m2点表示16.05MHz 处的抑制-3.481dB，m3点表示27.09MHz处的抑制-62.012dB，m4点表示 6MHz处的抑制为-52.547dB，m6点表示4.5MHz处的抑制为-74.908dB，m5 点表示13.23MHz处的端口驻波抑制为-11.598dB。
图4示出了本实用新型实施例中大功率滤波器的电路设计结构及连接关系示意图，图4中，滤波器为带通滤波器，带通滤波器采用八阶LC滤波电路，滤波器沿射频输入信号传输方向依次包括输入端口、第一串联谐振单元、第二并联谐振单元、第三串联谐振单元、第四并联谐振单元、第五串联谐振单元、第六并联谐振单元、第七串联谐振单元、第八并联谐振单元和输出端口，所述第三串联谐振单元为三个电感与一个电容串联。
第一串联谐振单元包括第一电容C101和第一电感L101，第一电容 C101一端与第一电感L101串联，第一电容C101另一端连接输入端口，第一电容C101元件值为470pF，第一电感L101元件值为500nH；第二并联谐振单元包括第二电容C102和第二电感L102，第二电容C102一端与第一电容C101连接，另一端接地，第二电容C102两端并联第二电感L102，第二电容C102元件值为390pF，第二电感L102元件值为390nH；第三串联谐振单元包括第三电感L103、第四电感L104、第五电感L105和第三电容 C103，第三电感L103一端与第二电容C102远离接地端的一端连接，第三电感L103另一端依次串联第四电感L104、第五电感L105和第三电容C103，第三电感L103、第四电感L104、第五电感L105元件值均为500nH，第三电容C103元件值为100pF；第四并联谐振单元包括第六电感L106和第四电容C104，第四电容C104一端与第三电容C103远离第二滤波单元的一端连接，另一端接地，第四电容C104两端并联第六电感L106，第四电容C104 元件值为680pF，第六电感L106元件值为220nH；第五串联谐振单元包括第七电感L107和第五电容C105，第七电感L107一端与第四电容C104远离接地端的一端连接，第七电感L107另一端连接第五电容C105，第五电容C105元件值为91pF，第七电感L107元件值为1.8μH；第六并联谐振单元包括第八电感L108和第六电容C106，第八电感L108一端与第五电容 C105连接，另一端接地，第八电感L108两端并联第六电容C106，第六电容C106元件值为560pF，第八电感L108元件值为270nH；第七串联谐振单元包括第九电感L109和第七电容C107，第九电感L109一端与第八电感 L108远离接地端的一端连接，第九电感L109另一端连接第七电容C107，第七电容C107元件值为160pF，第九电感L109元件值为1.0μH；第八并联谐振单元包括第十电感L110和第八电容C108，第十电感L110一端与第七电容C107连接，另一端接地，第十电感L110两端并联第八电容C108，第八电容C108元件值为130pF，第十电感L110元件值为1.2μH。
具体的，抗大功率设计：电路中含有频率为27.095MHz，功率为20W (+43dBm)的信号，因此滤波器和电路接入的前端需要能够承受20W的信号。电路按照50欧姆匹配设计，落在电容上的电压至少36V，通过电感的电流最小为0.71A，考虑到电容和电感的可靠性工作，需要留有足够的降额设计。电路的前三级电容390pF，470pF和100pF的耐压为600V，600V和500V，前三级电感500nH，390nH和500nH的电流：4.3A，4.4A和4.3A。
具体的，第一电感L101远离第一电容C101的一端连接有射频连接器 J1，射频连接器J1上有五个管脚，其中一个管脚与第一电感L101连接，其余管脚均接地。连接器J1为测试用，四个管脚均接地可以反应出来测试电路的信号指标，方便测试信号。
大功率带通滤波器和现有滤波器不同点是：1)LC结构形式不同，电感和电容的数量和数值都不一样，2)通带(工作频带)定义不一样，3)抑制频点和抑制量定义不一样。
具体的，在实际电路设计时，第八滤波单元与信号输出端间连接测试点连接器J2，测试点连接器J2上有五个管脚，其中一个管脚与第十电感L110 连接，其余管脚均接地，J101是信号输入连接器，用的是MCX，J102是测试点连接器，信号从J101输入，从J102处测试，分别接网络分析仪的端口 1和端口2。如果是连接有大功率信号测试，需要在J102处先加至少30dB 衰减器测试是否有大功率信号泄露，确定没有后再进行测试，防止损坏仪表。
图5示出了本实用新型实施例中大功率滤波器带内插损测试结果示意图，图6示出了本实用新型实施例中大功率滤波器端口驻波测试结果示意图，测试结果表明：通带内，11.05MHz～16.05MHz插入损耗最大：-2.7724dB，优于仿真结果-3.715dB。在27.09MHz处的抑制为-65.13dB，优于仿真结果 -62.012dB。在4.5MHz处的抑制为：-89.14dB，优于仿真结果-74.908dB。在11.05MHz～16.05MHz之间的端口回波优于-10dB，达到仿真结果。以上所有测试指标均优于定义需求。本设计已满足并可应用于实际工程中。
本实用新型定义了大功率带通滤波器的插入损耗，带外4.5MHz， 27.095MHz处的抑制指标，以及大功率滤波器的仿真和实现方式，采用抗大功率设计，带宽定义为包含11.05MHz～16.05MHz，对于27.09MHz，抑制大于50dB，对于6MHz，抑制大于40dB，本实用新型的大功率带通滤波器具体实现用ADS建模仿真，通过优化电感和电容的数值来完成的。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种大功率射频滤波器，其特征在于，所述滤波器沿射频输入信号传输方向依次包括输入端口、第一串联谐振单元、第二并联谐振单元、第三串联谐振单元、第四并联谐振单元、第五串联谐振单元、第六并联谐振单元、第七串联谐振单元、第八并联谐振单元和输出端口；
其中，所述第三串联谐振单元为三个电感与一个电容串联；
所述第一串联谐振单元包括第一电容和第一电感，所述第一电容一端与所述第一电感串联，所述第一电容另一端连接所述输入端口；
所述第二并联谐振单元包括第二电容和第二电感，所述第二电容一端与所述第一电容连接，另一端接地，所述第二电容两端并联所述第二电感。
2.根据权利要求1所述的大功率射频滤波器，其特征在于，
所述第三串联谐振单元包括第三电感、第四电感、第五电感和第三电容，所述第三电感一端与所述第二电容远离接地端的一端连接，所述第三电感另一端依次串联所述第四电感、第五电感和第三电容。
3.根据权利要求2所述的大功率射频滤波器，其特征在于，
所述第四并联谐振单元包括第六电感和第四电容，所述第四电容一端与所述第三电容远离所述第二并联谐振单元的一端连接，另一端接地，所述第四电容两端并联所述第六电感。
4.根据权利要求3所述的大功率射频滤波器，其特征在于，
所述第五串联谐振单元包括第七电感和第五电容，所述第七电感一端与所述第四电容远离接地端的一端连接，所述第七电感另一端连接所述第五电容。
5.根据权利要求4所述的大功率射频滤波器，其特征在于，
所述第六并联谐振单元包括第八电感和第六电容，所述第八电感一端与所述第五电容连接，另一端接地，所述第八电感两端并联所述第六电容。
6.根据权利要求5所述的大功率射频滤波器，其特征在于，
所述第七串联谐振单元包括第九电感和第七电容，所述第九电感一端与所述第八电感远离接地端的一端连接，所述第九电感另一端连接所述第七电容。
7.根据权利要求6所述的大功率射频滤波器，其特征在于，
所述第八并联谐振单元包括第十电感和第八电容，所述第十电感一端与所述第七电容连接，另一端接地，所述第十电感两端并联所述第八电容。
8.根据权利要求1所述的大功率射频滤波器，其特征在于，
所述第一电感远离所述第一电容的一端连接有射频连接器，所述射频连接器上有五个管脚，其中一个所述管脚与所述第一电感连接，其余管脚均接地。
9.根据权利要求1所述的大功率射频滤波器，其特征在于，
所述滤波器为带通滤波器，所述带通滤波器采用八阶LC滤波电路。
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Cited By (1)
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| CN114421912A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-04-29 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种应答器传输模块七阶带通滤波电路 |
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2021
- 2021-04-01 CN CN202120686653.5U patent/CN214507025U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114421912A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-04-29 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种应答器传输模块七阶带通滤波电路 |
| CN114421912B (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-05 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种应答器传输模块七阶带通滤波电路 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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