提高級聯(lián)濾波模塊帶外抑制的方法
2012-04-12 00:00:00劉杰占臘民魯統(tǒng)庭
現(xiàn)代電子技術 2012年5期
摘 要：級聯(lián)濾波器模塊在短波通信中起到至關重要的作用。為了提高帶外抑制這一重要指標，通過研究級聯(lián)網(wǎng)絡的帶外抑制跟前后級網(wǎng)絡反射系數(shù)的關系，給出了級聯(lián)網(wǎng)絡失配損耗的公式，分析比較了衰減網(wǎng)絡、隔離器等改善帶外抑制的手段，進而提出了插入一般性網(wǎng)絡以提高帶外抑制的可能性，證實了這一方法是高效可行的。
關鍵詞：帶外抑制； 級聯(lián)網(wǎng)絡； 帶通濾波器； 失配損耗
中圖分類號：
TN713-34
文獻標識碼：A
文章編號：1004-373X(2012)05
-0160
-03
Method of improving out-band rejection of cascaded filter module
LIU Jie， ZHAN La-min， LU Tong-ting
(Department of Electronic Science and Technology， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China)
Abstract：
Cascade filter plays an important role in short-wave communication. To improve out-band rejection， through studying the relationship between the out-band rejection and the reflection coefficient， the mismatch loss formula of cascaded network is proposed. The means of using attenuation network and isolator to improve the out-band rejection are analyzed. The possibility of inserting a general network to improve the out-band rejection is proposed， and the method is proved to be efficient and feasible.
Keywords： out-band rejection; cascaded network; band-pass filter; mismatch loss
收稿日期：2011-11-17
基金項目：國家自然青年科學基金項目(61001012)資助;華中科技大學國防科研自主創(chuàng)新基金2011
在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，頻帶擁擠日益嚴重，帶內跟帶外在整個頻帶上挨得很近，因此，為了減少通帶以外的干擾信號，提高帶外抑制開始變得日趨重要［1］。一般來說，帶外抑制是指對通帶以外的信號的抑制程度，更準確地說，它是指通帶邊緣與中心點的衰落差值，并不是阻帶的絕對衰減量。搞清楚了帶外抑制的概念，想要提高帶外抑制，無非就是減小帶內插損，加大帶外衰減，本文重點利用反射系數(shù)分析了級聯(lián)網(wǎng)絡帶外抑制的影響因素，并探討了插入一般化網(wǎng)絡以改善帶外抑制的可能性。
1 提高帶外抑制的一些基本思想
1.1 單個網(wǎng)絡的帶外抑制
一般從兩點考慮:從原理方面著手，可以改變網(wǎng)絡結構，比如濾波器，橢圓濾波器比切比雪夫的帶外抑制要好［2］。另外，提高階數(shù)，當然這些要付出代價，像帶內紋波會加大、元器件成本會增加；工程方面，要盡可能提高接地性能，比如板子要大面積地鋪地，另外，在信號流經(jīng)附近打一些接地孔，這些措施都可以幫助帶外信號盡快到地。
1.2 級聯(lián)網(wǎng)絡
將網(wǎng)絡級聯(lián)起來提高帶外抑制是一個常見的辦法，但網(wǎng)絡級聯(lián)起來后情況將變得復雜，下面將從電路結構本身重點探討一下前級網(wǎng)絡跟后級網(wǎng)絡是如何相互影響，級聯(lián)網(wǎng)絡后的帶外抑制跟前級帶外抑制、后級帶外抑制存在什么樣的關系。
首先了解失配損耗，所謂失配損耗指的是由于相互不匹配，損耗在互聯(lián)的兩個網(wǎng)絡之間的能量，這個損耗可以通過如下的方法來計算，如圖1所示。
上式很關鍵，尤其在級聯(lián)系統(tǒng)中是非常有意義的，它可以準確地說明由于前后級的不匹配而導致的損耗，失配損耗越大，帶外抑制越大，表1列出了前后級反射系數(shù)跟失配損耗的關系。
表1 失配損耗與前后級反射系數(shù)關系
Г_SГ_LML /dB
00.006+j0.8716.17
00.006+j0.97112.43
00.106+j0.97113.38
00.206+j0.97118.32
0.006-j0.8710.006+j0.9712.37
0.006-j0.9710.006+j0.9710
0.006+j0.8710.006+j0.97123.93
0.006+j0.9710.006+j0.97130.63
由表1可知，當前后級的反射系數(shù)呈現(xiàn)共軛時，失配損耗越小，越接近的時候，失配損耗越大，這個結論在后面的分析中將會用到。
現(xiàn)有的改善級聯(lián)網(wǎng)絡帶外抑制的方法有如下兩種，下面利用以上的公式原理來研究ΓS，ΓL是如何影響帶外抑制的，進而提出一種插入一般網(wǎng)絡的可能性。
1.2.1 插入衰減網(wǎng)絡
以實際項目為例，有兩個相對帶寬不同，中心頻率都是40.8 MHz的帶通濾波器，中間通過LNA連接起來，如圖2所示。
由S2P文件導入的仿真結果可知，在帶外45 MHz處，其帶外抑制為37.1 dB，插入衰減網(wǎng)絡后，抑制變?yōu)?8.3 dB，分析其原因，將BPF1和AMP1看成網(wǎng)絡A，BPF2看成網(wǎng)絡B，衰減網(wǎng)絡用C表示，帶外的失配損耗由A，B之間變?yōu)锳，C與B，C之間之和，根據(jù)式(4)，可得表2。
從表2可以看到，插入衰減網(wǎng)絡后，在史密斯圓圖上，前后級的反射系數(shù)在接近，失配損耗加大，帶外抑制得到了改善。不過這種改善量很有限，而且付出了元件數(shù)目增加的代價，其優(yōu)勢在于衰減網(wǎng)絡的輸入輸出阻抗都為50 Ω，對帶內影響很小。
1.2.2 插入隔離器
插入隔離器后(見圖3)，由仿真可知，帶外抑制得到了明顯的改善，由37.1 dB變?yōu)?0.1 dB，由以上的分析可得如表3所示。
觀察表3中，由于隔離器是一種實現(xiàn)微波信號單向傳播的兩端口器件，在微波網(wǎng)絡中主要起隔離和匹配作用，其輸入、輸出阻抗不受外部網(wǎng)絡影響保持50 Ω，當插入了隔離器后，前后級反射系數(shù)靠近，由式(4)可得，二者的失配損耗加大，帶外抑制得到改善，隔離器的缺點在于帶寬不夠，尤其在小功率電路中，其帶寬一般只有幾十兆，應用范圍有限。
1.2.3 一般網(wǎng)絡
由以上兩節(jié)的分析，本文提出插入一般化網(wǎng)絡改善帶外抑制，還是以圖2為例，為了使前后級的反射系數(shù)接近，采用最簡單的方式，在前后級插入一個電感，表4列出了電感量與帶外抑制的關系。
L /nHГ_S(SA22)Г_L(SC11)Г_S(SC22)Г_L(SB11)帶外抑制改善量 /dB
1000.354/-138.478°0.979/77.479°0.353/138.666°0.964/111.49°+3.8
1500.354/-138.478°0.984/66.365°0.452/109.583°0.964/111.49°+5.1
2000.354/-138.478°0.987/57.79°0.555/90.085°0.964/111.49°+6.2
2500.354/-138.478°0.99/51.04°0.644/76.165°0.964/111.49°+7
3000.354/-138.478°0.992/45.627°0.716/65.704°0.964/111.49°+7.7
觀察表4可知，隨著電感量的加大，Г_L(SC11)的相位與Г_S(SA22)的相位在接近，Г_S(SC22)與Г_L(SB11)的相位在接近，表明前后級與中間級的失配損耗隨著電感量增大而增大，帶外抑制改善量也隨之增大，在電感量為300 nH時帶外抑制改善了7.7 dB，相當可觀。不過有一點要注意的是，插入網(wǎng)絡后，帶內也會受到影響，所以在設計電路時，必須綜合考慮，以免影響到帶內特性。
2 結 語
本文從工程、電路結構兩方面分析了影響帶外抑制的因素，重點研究了級聯(lián)網(wǎng)絡的帶外抑制與前后級網(wǎng)絡反射系數(shù)的關系，從公式上給出了定量的分析，討論了一些已知的改善帶外抑制的方法，并從原理上進行了分析，分析了它們的不足，進而提出了插入一般網(wǎng)絡的可能性，證明了這種方法是可行的，其局限性在于插入網(wǎng)絡后同時會對帶內產(chǎn)生不確定的影響，這一點需要進行仿真評估?？偟膩碚f，應該根據(jù)不同的情況設計不同的中間網(wǎng)絡，以求在帶內跟帶外之間達到某種平衡，該原理對于實踐工作是有一定指導意義的。
參 考 文 獻
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