微波注入實驗用高隔離度雙工器的研究
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不同近似特性的濾波器在通頻帶內(nèi)和通頻帶外的幅度頻響曲線的起伏性，過渡頻帶的下降速度，通頻帶內(nèi)相位頻率特性等有很大差異，設(shè)計中首先要做的就是根據(jù)使用條件選擇濾波器的形式，即濾波器的近似特性，然后完成設(shè)計。為了實現(xiàn)好的阻帶衰減特性和平坦的通帶波紋，本文采用Chebyshev型濾波器來設(shè)計。Chebyshev低通原型濾波器的衰減特性，其數(shù)學(xué)表達式為：
式中：
是通帶內(nèi)衰減最大值。這種特性濾波器同樣可以用圖2梯形電路來實現(xiàn)。上式中n就是該梯形電路的電抗元件數(shù)目。若n為偶數(shù)，則響應(yīng)內(nèi)LA=0的頻率有n／2個；若n為奇數(shù)，則LA=0的頻率有(n+1)／2個。對于兩端都接電阻的雙終端Chebyshev低通原型濾波器，設(shè)其通帶波紋為LAr，g0=1，ω1’=1(歸一化)，則其他元件數(shù)值可用下式計算：
高、低阻抗線低通濾波器首先選定濾波器中的高、低阻抗值，設(shè)計出各高、低阻抗線中心導(dǎo)帶寬度，在給定高、低阻抗值和兩接地板的間距以及中心導(dǎo)帶的厚度后，查表計算出各線段的寬度；根據(jù)濾波器實際元件數(shù)值和不連續(xù)階梯的邊緣電容值，可以計算出各高、低阻抗線的長度。最后修正兩端阻抗的長度，以補償它們與50 Ω傳輸線間的不連續(xù)性。帶通濾波器可以由圖2低通原型濾波器經(jīng)阻抗變換器K和串聯(lián)諧振器或?qū)Ъ{變換器J和并聯(lián)諧振器轉(zhuǎn)換而成。根據(jù)低通原型元件數(shù)值和相對帶寬可以計算出各阻抗或?qū)Ъ{變換器參數(shù)，然后得到各電容間隙的電納。由歸一化電納可以計算出各諧振器的實際長度。在給定兩接地板的間距以及中心導(dǎo)帶的厚度直接可以計算出各電容間隙，從而設(shè)計出電容間隙耦合帶通濾波器。
1．2 微波雙工器T型接頭設(shè)計
微波雙工器T型接頭不僅起到功率分配的作用，同時起到端口匹配作用。如圖3所示為了使兩個濾波器相互不影響，在端口2低通濾波器前還需要串聯(lián)一段長度為λ1／4(λ1為端口3帶通濾波器中心頻率的介質(zhì)波長)阻抗為50 Ω的特性阻抗微帶傳輸線變換后接到公共輸入端口1，使得帶通濾波器的傳輸頻率在低通濾波器端短路，經(jīng)過λ1／4傳輸線阻抗后變成開路，從而不影響端口2的低通濾波器。本文引用地址：http://2s4d.com/article/160470.htm
由于T型接頭效應(yīng)，實際的串聯(lián)微帶線長度要略小于λ1／4，其具體的長度可以先根據(jù)濾波器中心介質(zhì)波長計算λ1／4變換微帶線的長度來設(shè)定一個初始值，然后用ADS軟件進行優(yōu)化確定。同理，在端口3帶通濾波器前也要串聯(lián)一段λ2／4(λ2為端口2低通濾波器中心頻率的介質(zhì)波長)阻抗為50Ω的特性阻抗傳輸線，使低通濾波器的傳輸頻率在帶通濾波器端短路，經(jīng)過λ2／4傳輸線阻抗后變成開路，從而不影響端口3的帶通濾波器。
2 微波雙工器的設(shè)計
2．1 微波雙工器的仿真設(shè)計
本文設(shè)計的微波雙工器是由上面分析的高、低阻抗線低通濾波器和電容間隙耦合帶通濾波器通過T型接頭并聯(lián)構(gòu)成。微波雙工器原理圖3所示，設(shè)計的微波雙工器的兩信號通道分別為0～400 MHz和1．5～4．5 GHz。在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，由公式計算的尺寸和仿真的結(jié)果有一定的出入，這主要由于公式是在理想條件下簡易模型計算出來的，沒有考慮各個環(huán)節(jié)的互相影響，而仿真模擬盡可能的考慮到這方面的影響。實際影響器件頻率響應(yīng)的還有很多其它因數(shù)，如貼片的邊緣電容對電磁波的影響，介質(zhì)損耗等等，因此響應(yīng)特性在頻率上有一定的搬移。為了滿足微波雙工器小型化的要求，對其低通濾波器的高阻抗線部分進行了折彎倒角設(shè)計，同時在其帶通濾波器的設(shè)計過程中采用了保留電容的設(shè)計，這種方法在頻率不是很高的情況下能夠進一步減小微波雙工作器的尺寸(因為一般的電容在高頻存在寄生通道，這將影響濾波器的頻率特性)。實驗中，采用陶瓷介質(zhì)基板作為微波雙工器的制作材料，介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr=3．5，介質(zhì)襯底厚度為h=0．8 mm，微帶金屬導(dǎo)體厚度t=0．035 mm介質(zhì)的損耗角正切tg δ=0．001 8。微波雙工器結(jié)構(gòu)如圖4所示，利用ADS軟件對連接構(gòu)成的微波雙工器進行優(yōu)化仿真，最終實現(xiàn)高隔離度的微波雙工器。
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