m推演型聲表面波高通濾波器設(shè)計(jì)

　　摘要：提出了一種新型m推演型梯形聲表面波高通濾波器結(jié)構(gòu)，給出了該結(jié)構(gòu)的元件參數(shù)與濾波器頻率響應(yīng)指標(biāo)參數(shù)之間的計(jì)算關(guān)系，并從濾波器傳通截止條件和特性仿真兩方面驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的正確性;基于單端對(duì)諧振器建模原理(模型)，在ADS中成功設(shè)計(jì)了一個(gè)截止頻率為860MHz，極點(diǎn)頻率為640MHz的m推演型聲表面波高通濾波器，通帶860~1400MHz內(nèi)的插損小于4dB，阻帶200~640MHz內(nèi)帶外抑制大于40dB。

　　梯形聲表面波濾波器(Ladder-type Surface Acoustic Wave Filter，Ladder-type SAWF)以其插入損耗低、帶內(nèi)波動(dòng)小、帶外抑制強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航、電子對(duì)抗等設(shè)備中。目前，學(xué)者們的研究大多集中在梯形SAW帶通濾波器的設(shè)計(jì)和研制，對(duì)聲表面波低通、高通、帶阻濾波器的研究較少。

　　本文在m推演型LC高通濾波器的基礎(chǔ)上，提出了一種m推演型梯形SAW高通濾波器結(jié)構(gòu)，給出了該結(jié)構(gòu)的元件參數(shù)與濾波器頻率響應(yīng)指標(biāo)參數(shù)之間的計(jì)算關(guān)系，并從濾波器傳通截止條件和特性仿真兩方面驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的正確性。m推演型梯形SAW濾波器是由串臂上的單端對(duì)諧振器和并臂上的LC諧振回路組成，該濾波器在較寬的通帶頻率范圍內(nèi)具有較低的插入損耗。本文還基于單端對(duì)諧振器建模原理(模型)，在ADS中成功設(shè)計(jì)了一個(gè)截止頻率為860MHz，極點(diǎn)頻率為640MHz的m推演型SAW高通濾波器，860~1400MHz通帶內(nèi)插損小于4dB，200~640MHz阻帶帶外抑制大于40dB。

　　m推演型高通濾波器

　　結(jié)構(gòu)

　　比較常見的高通濾波器類型有：常數(shù)k值高通濾波器和m推演型高通濾波器，常數(shù)k值濾波器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率響應(yīng)由截止頻率和阻抗特性決定。常數(shù)k值濾波器在阻帶接近截止頻率點(diǎn)處的衰減不大，而m推演型濾波器則可在阻帶獲得相對(duì)較大的衰減。

　　m推演型LC高通濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示^[1]，它是由串臂上的電容C_s和并臂上電容C_p和電感L_p組成的串聯(lián)諧振回路組成。C_s、C_P、L_p和m之間的相互關(guān)系如式(1)~(4)所示。

　　其中，f_c為濾波器截止頻率，f_n為衰減極點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)。特征阻抗R一般取50W。

　　仿真結(jié)果

　　m推演型LC高通濾波器的頻率響應(yīng)特性如圖2所示，其中阻帶截止頻率為860MHz，衰減極點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率為640MHz，特性阻抗R取50W。經(jīng)計(jì)算，圖1中各元件值如表1所示。在實(shí)際應(yīng)用中，電感的寄生效應(yīng)不可忽略。寄生效應(yīng)產(chǎn)生的電阻 的計(jì)算公式如式(5)所示：

　　其中，Q為電感的品質(zhì)因數(shù)。f_P為決定電感品質(zhì)因數(shù)的頻率，一般取截止頻率f_c。

　　從圖2中可以看出，隨著品質(zhì)因數(shù)的下降，通帶內(nèi)插損升高，阻帶內(nèi)插損下降。因?yàn)殡姼械钠焚|(zhì)因數(shù)通常為50~100，所以采用該結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)低損耗、大衰減的濾波器。