基于ADS的聲表濾波器匹配電路設計方法

中國電子科技集團公司第四十一研究所 簡義全

基于ADS的聲表濾波器匹配電路設計方法

中國電子科技集團公司第四十一研究所 簡義全

通過ADS仿真軟件smith chart插件對聲表濾波器TFS250A匹配電路的設計，介紹了一種直觀易實現(xiàn)的高損耗聲表濾波器匹配電路設計方法，并且通過實際測試，驗證了可行性。

高損耗聲表濾波器；匹配電路；ADS

1 引言

聲表濾波器由于其高矩形系數(shù)和小體積封裝被廣泛應用于射頻接收機的前端，以增加接收機的靈敏度和選擇性。但實際應用中，由于對其匹配電路設計不合適，造成的通帶平坦度差、濾波器差損大或者帶外抑制差等問題。不同的拓撲結構以及不同的元器件都會造成不同的結果，因此實際應用中，聲表濾波器的匹配電路設計非常重要。文章[1]介紹了一種通過理論計算設計匹配電路的方法，計算繁瑣，不便于實際工程操作。文章[2]介紹的方法沒有明確介紹操作方法。本文結合工程實際，介紹了一種基于ADS仿真軟件的匹配設計方法，直觀方便的實現(xiàn)了印制板上的聲表濾波器的匹配設計。

2 聲表濾波器的匹配設計

聲表濾波器的匹配不同于其他濾波器的匹配，針對不同結構的聲表濾波器其匹配目標不同。對于高損耗聲表濾波器并不需要與外部電路完全的共軛理想匹配，因為在較大的聲輻射條件下，改進理想匹配雖然可以實現(xiàn)低損耗，但卻是以增加幅度和相位波動為代價的。這些器件通常有意使器件在一定程度上失配，以達到需要的帶內(nèi)平坦度。而對于1-4dB的低損耗聲表濾波器則要求盡量實現(xiàn)理想電匹配以取得最小損耗。

TFS250A是VECTRON公司設計的帶寬為84MHz，中心頻率為250MHz，帶內(nèi)差損高達18dB，符合高損耗聲表濾波器的匹配情況。為了做到帶內(nèi)平坦度1dB的指標要求，并不會與外部電路完全的共軛匹配。它的輸入阻抗和輸出阻抗分別為130Ω||-7pF和140Ω||-7pF，在通帶兩端頻率點210MHz和290MHz處，將其換算為復阻抗形式，輸入阻抗為53.241-j63.928歐姆和34.672-j57.491歐姆，輸出阻抗為52.394-j67.75歐姆和33.424-j59.684歐姆。如果出現(xiàn)沒有提供輸入阻抗和輸出阻抗的情況，可以通過矢量網(wǎng)絡分析儀實際測試濾波器兩端的輸入和輸出阻抗，一定要保證輸入和輸出端得走線盡可能的短，才能忽略寄生參數(shù)的影響。根據(jù)這個結果，選擇圖2所示的拓撲結構，通過ADS smith chart工具仿真得到的50歐姆系統(tǒng)中匹配結果如圖1。

在電壓反射系數(shù)的復平面上，功率反射系數(shù)是一個以參考阻抗點50ohm為圓心，電壓反射系數(shù)的絕對值為半徑的圓，對于電壓反射系數(shù)的絕對值為常數(shù)的所有點都位于同一個圓上。根據(jù)回波損耗的定義：

對于RL等于常數(shù)的所有點也都位于同一圓上。

在仿真中射頻電路設計者經(jīng)常采用一個近似規(guī)則來判定阻抗匹配狀態(tài)，即：

如果阻抗匹配呈以下狀態(tài)則可以接受：

由圖1可以看出在210M-290M通帶頻率內(nèi)，濾波器的源端和阻抗端都達到了近似阻抗匹配狀態(tài)。

圖1a 源端匹配結果

圖1b 負載端匹配結果

仿真得到的匹配電路如圖2：

圖2 根據(jù)仿真得到的匹配電路

匹配元件值如下：L1 =47nH L2 = 390nH C1 =1pF

L3 = 39nH L4 = 390nH C2 = 2.7pF

這個匹配電路通過矢量網(wǎng)絡分析儀實際測試S21參數(shù)，得到的結果如圖3。

圖3 匹配電路實際測試S參數(shù)得到的結果

教學體系的構建，優(yōu)化生產(chǎn)制造、技術服務和設計開發(fā)三大實習實訓模塊，明確各模塊的教學目標、教學計劃、教學環(huán)節(jié)和教學方法，形成“層次化、模塊化”的實踐教學實施計劃、訓練與考核標準，滿足不同層次、不同階段、不同就業(yè)需求的實訓需要，提高實習實訓的針對性和實效性。

[1]謝永超．應用電子技術性專業(yè)實習實訓基地建設過程解析[J]．電子世界,2017(3)．

[2]謝永超．基于現(xiàn)代學徒制理念的應用電子技術專業(yè)中高職銜接課程體系的構建[J]．電子世界,2017(3)．

Through the smith chart of ADS simulation software to design the match circuit of the saw fi lter named TFS250A,introduced an intuitive and easy design manner to acquire the match circuit of high loss SAW fi lter.And with measuring the actual match circuit,verif i ed the feasibility of the manner.

high loss SAW fi lter;match circuit;ADS

謝永超（1984—），湖南邵陽人，講師，湖南鐵道職業(yè)技術學院應用電子技術專業(yè)負責人，研究方向：高等職業(yè)教育與嵌入式技術。

Yiquan Jian

（The 41st Research Institute of CETC,Shandong Qingdao）