一、前言:
为了适应频谱资源的日渐紧张,通信系统中极其重要的两大选频器件—–滤波器与双工器被要求有更好的选频特性;为了避免信号失真,信号通带内的平坦度与群时延特性也要尽可能优异;为了满足现代电路日益小型化、轻重量与低成本的条件,它们还被要求具有小的体积;同时插入损耗、回波损耗以及双工器的隔离度等性能也不能被忽视。微波双工器是一种特殊的三端口滤波器,其不仅具备滤波器的性能特点,而且可以隔离接收与发送电路,使得收、发电路信号的传输可以使用同一个天线,避免了收发天线之间的相互干扰,并能使系统体积得到有效的减小。双工器实际上是由各自通道的滤波器以及一个共同的端口组合而成。
二、相关文献的研究现状:
邱枫在《微波多通带滤波器和双工器设计》中,为了避免大量计算,介绍了滤波器N*N矩阵综合技术和N 2耦合矩阵的综合技术。研究了滤波器参数提取技术和双工器的参数提取技术,用于滤波器和双工器的调试,滤波器的参数提取技术已经能够准确提取耦合矩阵,但双工器的参数提取,目前只能提取耦合的多项,仍需进一步研究。设计了多种多通带滤波器,枝节加载形式宽带双通带滤波器利用枝节加载的双模谐振器,实现了宽带的双通带滤波响应;嵌套环的高选择性双通带滤波器利用了阶梯阻抗的双模谐振器和零点馈电结构,实现了高隔离度的双通带滤波响应;嵌套环通带可拓展的多通带滤波器利用嵌套环的结构和枝节加载的形式实现了由单通带到四通带的通带数量可拓展的多通带响应;基片集成波导形式的多层双通带滤波器,利用多层多模谐振器的形式实现了小型化的双通带滤波器。设计了三种双工器,一种枝节加载型的宽带双工器,利用开路枝节和短路枝节加载的双模谐振器,实现两级级联的四阶宽带的双工器响应:一种嵌套环结构的宽带双工器,利用嵌套环谐振器的结构,实现小型化的四阶的宽带响应;一种基片集成波导结构的宽带双工器,利用基片集成波导双模谐振器,实现四阶宽带响应。
马延爽在《微波双工器和多工器设计》中,给出了两种双工器和多工器的设计方案:
①给定频率配置(如ITU-R建议)时,设计出最经济可靠.的电结构;②给定工作频段时,设计出最合理的收发通道配置。总之,设计人员必须充分利用选频性和方向性来组合出最理想的微波结构。
②改变了现测控系统中测距范围仅由伪码周期决定的约束关系,在达到系统所要求:的扩频抗千扰性能的条件下可以适当缩短伪码长度,有利于加快信号的捕获过程,短的伪码带来的距离模糊由帧信号来消除;
③利用高速伪码的全“1'信号作为信息编码和数据解调时的位同步信号。因为伪码跟踪环能够达到很高的相位精度.这就保证了由全'1'提取出来的帧同步信号的精度,因而保证了系统的测距精度。
周文衎在《微型高集成度LTCC微波双工器研究与设计》中详细介绍了LTCC双工器设计的综合方法。整个设计过程可以分为五个步骤:第-步, 根据滤波器及双工器设计的基本理论,搭出初步的原理电路图,再按照设计指标的要求,计算出各个元件的初值,然后,在ADS中设置优化目标,通过软件的辅助设计功能,优化并计算出在满足指标要求的前提下各个元件的最佳值。如果,优化之后,仍然达不到设计指标,则考虑对原理电路作一些修改,比如引入零点、增加电路的级数等等,再对修改之后的电路进行优化,直到路级仿真结果完全达到设计指标并留有一定的设计余量为止。第二步,在全波仿真软件HFSS中搭建电感的三维模型,根据所需电感的大小、Q值,选择电感的实现方式,并通过等效电路法、替代法确定电感的大小。反复第二步的步骤实现所有的电感,并根据原理电路的连接顺序在HFSS中把所有电感连接在一-起, 连接的时候要注意两点:第一,是所有电感的位置摆放要合理,尽量充分利用介质包的空间;第二,相邻电感之间要注意邻边之间的相互耦合作用,并且可以通过安排电感的绕向达到消除耦合,增大隔离度的目的。第三步,等所有电感值设定之后,对所有的电容再进行一次优化,并采用等效电路法、零点位置法等方法在HFSS中搭建所需大小的电容。第四步,完成所有电容的搭建后,在HFSS中将电容与电感相连接,注意电容板的复用,以便充分利用空间,优化模型结构。第五步,对整体三维模型进行全波仿真,并对仿真结果与理论结果进行对比,通过理论分析并结合软件辅助,指导调试,最终达到满足要求的结果。
