引言

在接收機中，濾波器一般直接接在接收天線后面，起到 頻帶選擇的作用。微帶濾波器在射頻微波通信電路中有著廣 泛的應用。它具有設計簡單、加工方便、加工成本低的特點。 本文采用的發(fā)夾結構微帶帶通濾波器更具有結構緊湊、尺寸 精小的優(yōu)點。針對低噪聲放大器的設計，本文采用先進的射 頻仿真軟件ADS進行優(yōu)化設計，對于濾波器，采用的是計算 二維電路更精準的Sonnet軟件。仿真軟件得到的電路版圖通 過刻板、焊接、測試、調試等步驟獲得最后測試結果。

1濾波器的設計

發(fā)卡濾波器的基本原理與平行耦合濾波器的基本原理大 同小異，只是諧振器的形式采用“U”形的折疊結構。該結構 大大縮小了濾波器的尺寸，但是“U”形結構兩個臂的間距不 宜做得太小，否則會引入較大的自耦合叫本文采用二分之一 波長諧振器，設計了一個1.23?1.43 GHz的5階切比雪夫帶 通濾波器。

兼顧到諧振器的品質因數(shù)、結構的大小、加工的難度等 諸多因素，選取諧振器的微帶寬度為1 mm。通過ADS內嵌 的“LineCalc”工具可以計算出中心頻率1.33 GHz時的半波長 諧振器的理論長度為63.5 mm (采用介電常數(shù)4.4,介質厚度 1mm，損耗角正切0.035的FR4板材)。“U”形諧振的實際長 度受到相鄰諧振器和饋線的影響，一般小于理論半波長。這 里用電磁仿真軟件得到諧振器諧振在中心頻率點的精確尺寸。 在“U”形諧振器的一端添加耦合饋線獲得它的S參數(shù)，在諧 振點處S11達到最低值。值得注意的是耦合饋線與諧振器不宜 太近，否則饋線與諧振器的強耦合會影響到諧振器的諧振頻 率。調節(jié)“U”形臂的長度使諧振器諧振到中心頻率點。

如圖 1，“U”形諧振器通過級聯(lián)耦合而成。耦合系數(shù) k 和外部品質因數(shù)可以通過低通原型的基本參數(shù)計算得到。

式中：是濾波器的階數(shù)，是諧振器序號，F(xiàn)BW是相對于中 心頻率的歸一化帶寬,&是濾波器低通原型中第，個元件的歸 一化值。中心頻率1.33 GHz，帶寬0.2 GHz，帶內波紋0.1 dB 的5階切比雪夫低通原型參:：6=1，務5=1.146 8, g2. 4=1.371 2, g3=1.975 0。根據(jù)式(1)可以計算得到耦合系數(shù),k1，=k4.5=0.119 9, k2, 3=k3, 4=0.091 4。

每個諧振器的耦合間距⑸決定著耦合系數(shù)的大小，發(fā) 卡線間的物理間距與耦合系數(shù)的對應關系可以利用Sonnet電 磁仿真獲得。兩個耦合在一起的諧振器在電磁仿真中會出現(xiàn)兩 個諧振尖峰，它們對應的頻率點分別為￡1和原，則耦合系數(shù) 與兩個諧振頻率的關系為：

調節(jié)諧振器的耦合間距，可以獲得耦合間距與耦合系數(shù)的對應關系，如圖 2。

在濾波器中，帶內的能量需要通過饋線很好地耦合進去。 本文采用如圖1的抽頭饋線方式，這種方式已經(jīng)有了較為精準 的經(jīng)驗公式，通過式(5)確定饋線初始位置。

式中：或g, Z。是抽頭線的特性阻抗，Z,是諧振器的特性阻抗, Qe是輸入輸出端的外部品質因數(shù)。最終的實物如圖3所示。

2低噪聲放大器的設計

低噪聲放大器位于接收機的最前端，這就要求它的噪聲 越小越好，為了抑制后面各級噪聲的影響還要有一定的增益, 但增益又不宜過大，否則會使混頻器過載，產(chǎn)生非線性失真。

在低噪聲放大設計中往往需要引入匹配電路獲得最大功 率和最小噪聲傳輸。但是，一般的設計中很難同時獲得最大 增益和最小噪聲，所以需要在噪聲系數(shù)和反射系數(shù)中權衡。

放大器的噪聲系數(shù)可以表示為：

當滿足rs=r^l達到最小噪聲匹配叫

如圖4,二端口網(wǎng)絡的反射系數(shù)：

如圖5,本文選用SPF5043Z設計了一個能夠應用到 1.35?1.45 GHz的低噪聲放大器?；逋瑯硬捎媒殡姵?shù)4.4, 1 mm厚的FR4板材。

3實物測試

濾波器和低噪聲放大器都采用標準的SMA接頭作為輸入 輸出口，濾波器的S參數(shù)如圖6所示，低噪聲放大器的S參數(shù) 如圖7。濾波器的帶內插損3 dB左右，回波損耗小于15 dB。 低噪聲放大器在1.23?1.43 GHz的增益平坦度小于1.2 dB,輸 入輸出反射系數(shù)小于一14 dB。

圖8為低噪聲放大器的噪聲系數(shù)，在1.23?1.43 GHz內 噪聲小于1 dB。濾波器與低噪聲放大器通過同軸線級聯(lián)起來 的測試結果如圖9,增益約為10 dB左右，輸入輸出反射系數(shù) 小于一14 dB。

4結語

低噪聲放大器和濾波器的最終測試結果基本滿足設計指 標。利用ADS和Sonnet等仿真工具設計放大器和濾波器大 大縮短了設計周期，提高了低噪聲放大器和濾波器的設計效率。

20211223_61c45a860f5a0__L波段接收前端的設計與實現(xiàn)