【成功案例】使用微带线加微波电容抑制微带谐波抑制器谐波

时间： 2019-07-19 来源：Rogers

技术问答

通信系统中的部分高频电路会显现出非线性特性，其特性在频谱上的表现之一，就是产生幅度较大的谐波。如果谐波幅度过高的话，很可能会影响到其他设备，尤其是高灵敏度高频设备的正常工作，为减小这一影响，可以在谐波较大的电路输出端增加一部分电路，用以抑制谐波。

微带谐波抑制器的设计与分析

根据工程的实际需求，设计抑制器的指标为通带950MHz~1225MHz，插入损耗小于1dB；阻带1900MHz~3750MHz，插入损耗大于30dB。

已知抑制器的指标要求，对于电路拓扑结构的构建，我们可以使用软件辅助设计，帮助我们免去大量的数值计算，缩短设计周期。通过对比，笔者最终选择椭圆函数滤波，它能提供更陡峭的截止频带衰减，电路拓扑结构如下：

图1：分布参数电路结构

分析电路的频率响应及其他特性：

图2：电路特性分析

根据特性分析，初步判断这种电路结构可以满足设计指标要求。根据实际情况，使用微带传输线加贴片电容的方式将上述电路工程实现。

在实际制造的设备中，供高频电路使用的空间是十分有限的，如需在电路中增加一节新的子电路，电路尺寸的小型化问题就显得尤为突出。高频板材的介电常数对微带线的尺寸有着较大的影响，介电常数越高尺寸越小，因此要解决电路小型化的问题，就必须选择高介电常数的板材来将电路工程实现。查阅主流高频板材选型指南，ROGERS RT/duriod 6010.2LM的介电常数ξr为10.2，可以有效的缩小电路板尺寸，符合工程设计的需求。以此为基础进行微带谐波抑制器设计，改变电路的形式，计算微带线尺寸，用微带线具有的分布参数去替代电路结构中的集总参数，用分布参数的微带传输线来实现电路结构。最终设计出的高频电路板尺寸仅为30mm*20mm，满足了电路尺寸小型化的实际需求。

微带传输线建模设计：

图3：微带传输线电路

我们使用微带线加微波电容实现谐波抑制电路，并对电路进行电路特性分析。

图4：微带谐波抑制器

微带谐波抑制器特性分析：

图5：谐波抑制器特性分析

分析结果显示，电路满足设计指标要求。从微带谐波抑制电路模型中提取电路结构尺寸、板材性能等信息，制造出微带电路。使用矢量网络分析仪对制造的微带谐波抑制器进行实际测量，测量结果如下图：

图6：微带谐波抑制器实测结果

观察实测结果，我们发现marker3处有一个尖刺，2.947GHz频点插损为27.08dB，不满足阻带插损大于30dB的指标要求。经分析，该现象是由于LC串联支路出现谐振引起的。

图7：电路中出现的谐振现象

调整电路模型参数，解决串联谐振的问题。

图8：调整电路模型参数

电路中的一节微带线稍长，减少0.4mm之后，即可消除尖刺。使用高频板材制作微带电路便于高频工程的调试工作，使用小刀切割微带电路进行电路调试，略微减小其的长度后，再用矢量网络分析仪进行测量，测试结果如下图所示：

图9：调试后微带谐波抑制器实测结果

电路调试后尖刺消除了，验证了问题的分析的正确性及电路的调试方法的可行性。最后再测试电路的驻波，以评估电路有用高频信号的传输性能。

图10：微带谐波抑制器输入输出驻波比测试

电路的输入输出端口在通带内的驻波均小于1.5，具有良好的信号传输性能。

综上，设计出的电路满足指标要求。

总结

在高频电路的工程设计中，我们不光要考虑电路的电气性能，还要根据实际情况选择合理的方式将电路工程实现，微带线作为传输线的一种重要结构在高频电路设计中广泛使用，谐波抑制器的设计是微带线的一种具体的工程应用，使用微带线还可以设计与实现高频电路中很多其他功能，其广阔的工程应用方法值得我们研究与学习。

作者：两星镶月

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全部评论（16）

用户_8239 Lv7. 资深专家 2016-08-02

微波设计的好参考
莺莺 Lv7. 资深专家 2016-07-27

大神设计微带谐波抑制器很实用，文章写的比较详尽，有理有据。
用户65549834 Lv3. 高级工程师 2016-07-25

写的很实用，很有启发性，值得细读
用户54886136 Lv1. 初级工程师 2016-07-25

大神们的交流的很好，增加知识技术的分享
莺莺 Lv7. 资深专家 2016-07-15

测试数据比较全面，考虑也很周到。不错！

咖啡加奶 Lv8. 研究员 2016-07-15

大神设计的很专业，用实验图数据来分析设计的合理性。比较严谨认真。
- 世小强回复：恭喜您获得热评礼！
莺莺 Lv7. 资深专家 2016-07-15

笔者设计的滤波器应该能够实用，内容很充实
大胖 Lv6. 高级专家 2016-07-15

高频电路的工程设计中我们要考虑电路的电气性能及合理的结构
宏图 Lv4. 资深工程师 2016-07-14

可以留着做参考，不错，说明有图示依据。
用户67182575 Lv3. 高级工程师 2016-07-12

受教了，微带线应用前景还是比较广阔的。

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应用笔记或设计指南 - ROGERS - 2016年07月18日 PDF 英文下载