摘 要：級(jí)聯(lián)濾波器模塊在短波通信中起到至關(guān)重要的作用。為了提高帶外抑制這一重要指標(biāo)，通過(guò)研究級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的帶外抑制跟前后級(jí)網(wǎng)絡(luò)反射系數(shù)的關(guān)系，給出了級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)失配損耗的公式，分析比較了衰減網(wǎng)絡(luò)、隔離器等改善帶外抑制的手段，進(jìn)而提出了插入一般性網(wǎng)絡(luò)以提高帶外抑制的可能性，證實(shí)了這一方法是高效可行的。

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關(guān)鍵詞：帶外抑制； 級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)； 帶通濾波器； 失配損耗

中圖分類號(hào)：

TN713-34

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2012)05

-0160

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Method of improving out-band rejection of cascaded filter module

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LIU Jie， ZHAN La-min， LU Tong-ting

(Department of Electronic Science and Technology， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China)

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Abstract：

Cascade filter plays an important role in short-wave communication. To improve out-band rejection， through studying the relationship between the out-band rejection and the reflection coefficient， the mismatch loss formula of cascaded network is proposed. The means of using attenuation network and isolator to improve the out-band rejection are analyzed. The possibility of inserting a general network to improve the out-band rejection is proposed， and the method is proved to be efficient and feasible.

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Keywords： out-band rejection; cascaded network; band-pass filter; mismatch loss

收稿日期：2011-11-17

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然青年科學(xué)基金項(xiàng)目(61001012)資助;華中科技大學(xué)國(guó)防科研自主創(chuàng)新基金2011

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，頻帶擁擠日益嚴(yán)重，帶內(nèi)跟帶外在整個(gè)頻帶上挨得很近，因此，為了減少通帶以外的干擾信號(hào)，提高帶外抑制開始變得日趨重要［1］。一般來(lái)說(shuō)，帶外抑制是指對(duì)通帶以外的信號(hào)的抑制程度，更準(zhǔn)確地說(shuō)，它是指通帶邊緣與中心點(diǎn)的衰落差值，并不是阻帶的絕對(duì)衰減量。搞清楚了帶外抑制的概念，想要提高帶外抑制，無(wú)非就是減小帶內(nèi)插損，加大帶外衰減，本文重點(diǎn)利用反射系數(shù)分析了級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)帶外抑制的影響因素，并探討了插入一般化網(wǎng)絡(luò)以改善帶外抑制的可能性。

1 提高帶外抑制的一些基本思想

1.1 單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶外抑制

一般從兩點(diǎn)考慮:從原理方面著手，可以改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比如濾波器，橢圓濾波器比切比雪夫的帶外抑制要好［2］。另外，提高階數(shù)，當(dāng)然這些要付出代價(jià)，像帶內(nèi)紋波會(huì)加大、元器件成本會(huì)增加；工程方面，要盡可能提高接地性能，比如板子要大面積地鋪地，另外，在信號(hào)流經(jīng)附近打一些接地孔，這些措施都可以幫助帶外信號(hào)盡快到地。

1.2 級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

將網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)起來(lái)提高帶外抑制是一個(gè)常見的辦法，但網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)起來(lái)后情況將變得復(fù)雜，下面將從電路結(jié)構(gòu)本身重點(diǎn)探討一下前級(jí)網(wǎng)絡(luò)跟后級(jí)網(wǎng)絡(luò)是如何相互影響，級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)后的帶外抑制跟前級(jí)帶外抑制、后級(jí)帶外抑制存在什么樣的關(guān)系。 

首先了解失配損耗，所謂失配損耗指的是由于相互不匹配，損耗在互聯(lián)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的能量，這個(gè)損耗可以通過(guò)如下的方法來(lái)計(jì)算，如圖1所示。

上式很關(guān)鍵，尤其在級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中是非常有意義的，它可以準(zhǔn)確地說(shuō)明由于前后級(jí)的不匹配而導(dǎo)致的損耗，失配損耗越大，帶外抑制越大，表1列出了前后級(jí)反射系數(shù)跟失配損耗的關(guān)系。

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表1 失配損耗與前后級(jí)反射系數(shù)關(guān)系

Г_SГ_LML /dB

00.006+j0.8716.17

00.006+j0.97112.43

00.106+j0.97113.38

00.206+j0.97118.32

0.006-j0.8710.006+j0.9712.37

0.006-j0.9710.006+j0.9710

0.006+j0.8710.006+j0.97123.93

0.006+j0.9710.006+j0.97130.63

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由表1可知，當(dāng)前后級(jí)的反射系數(shù)呈現(xiàn)共軛時(shí)，失配損耗越小，越接近的時(shí)候，失配損耗越大，這個(gè)結(jié)論在后面的分析中將會(huì)用到。

現(xiàn)有的改善級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)帶外抑制的方法有如下兩種，下面利用以上的公式原理來(lái)研究ΓS，ΓL是如何影響帶外抑制的，進(jìn)而提出一種插入一般網(wǎng)絡(luò)的可能性。

1.2.1 插入衰減網(wǎng)絡(luò)

以實(shí)際項(xiàng)目為例，有兩個(gè)相對(duì)帶寬不同，中心頻率都是40.8 MHz的帶通濾波器，中間通過(guò)LNA連接起來(lái)，如圖2所示。

由S2P文件導(dǎo)入的仿真結(jié)果可知，在帶外45 MHz處，其帶外抑制為37.1 dB，插入衰減網(wǎng)絡(luò)后，抑制變?yōu)?8.3 dB，分析其原因，將BPF1和AMP1看成網(wǎng)絡(luò)A，BPF2看成網(wǎng)絡(luò)B，衰減網(wǎng)絡(luò)用C表示，帶外的失配損耗由A，B之間變?yōu)锳，C與B，C之間之和，根據(jù)式(4)，可得表2。

從表2可以看到，插入衰減網(wǎng)絡(luò)后，在史密斯圓圖上，前后級(jí)的反射系數(shù)在接近，失配損耗加大，帶外抑制得到了改善。不過(guò)這種改善量很有限，而且付出了元件數(shù)目增加的代價(jià)，其優(yōu)勢(shì)在于衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出阻抗都為50 Ω，對(duì)帶內(nèi)影響很小。

1.2.2 插入隔離器

插入隔離器后(見圖3)，由仿真可知，帶外抑制得到了明顯的改善，由37.1 dB變?yōu)?0.1 dB，由以上的分析可得如表3所示。

觀察表3中，由于隔離器是一種實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)單向傳播的兩端口器件，在微波網(wǎng)絡(luò)中主要起隔離和匹配作用，其輸入、輸出阻抗不受外部網(wǎng)絡(luò)影響保持50 Ω，當(dāng)插入了隔離器后，前后級(jí)反射系數(shù)靠近，由式(4)可得，二者的失配損耗加大，帶外抑制得到改善，隔離器的缺點(diǎn)在于帶寬不夠，尤其在小功率電路中，其帶寬一般只有幾十兆，應(yīng)用范圍有限。

1.2.3 一般網(wǎng)絡(luò)

由以上兩節(jié)的分析，本文提出插入一般化網(wǎng)絡(luò)改善帶外抑制，還是以圖2為例，為了使前后級(jí)的反射系數(shù)接近，采用最簡(jiǎn)單的方式，在前后級(jí)插入一個(gè)電感，表4列出了電感量與帶外抑制的關(guān)系。 

L /nHГ_S(SA22)Г_L(SC11)Г_S(SC22)Г_L(SB11)帶外抑制改善量 /dB

1000.354/-138.478°0.979/77.479°0.353/138.666°0.964/111.49°+3.8

1500.354/-138.478°0.984/66.365°0.452/109.583°0.964/111.49°+5.1

2000.354/-138.478°0.987/57.79°0.555/90.085°0.964/111.49°+6.2

2500.354/-138.478°0.99/51.04°0.644/76.165°0.964/111.49°+7

3000.354/-138.478°0.992/45.627°0.716/65.704°0.964/111.49°+7.7

觀察表4可知，隨著電感量的加大，Г_L(SC11)的相位與Г_S(SA22)的相位在接近，Г_S(SC22)與Г_L(SB11)的相位在接近，表明前后級(jí)與中間級(jí)的失配損耗隨著電感量增大而增大，帶外抑制改善量也隨之增大，在電感量為300 nH時(shí)帶外抑制改善了7.7 dB，相當(dāng)可觀。不過(guò)有一點(diǎn)要注意的是，插入網(wǎng)絡(luò)后，帶內(nèi)也會(huì)受到影響，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須綜合考慮，以免影響到帶內(nèi)特性。

2 結(jié) 語(yǔ)

本文從工程、電路結(jié)構(gòu)兩方面分析了影響帶外抑制的因素，重點(diǎn)研究了級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的帶外抑制與前后級(jí)網(wǎng)絡(luò)反射系數(shù)的關(guān)系，從公式上給出了定量的分析，討論了一些已知的改善帶外抑制的方法，并從原理上進(jìn)行了分析，分析了它們的不足，進(jìn)而提出了插入一般網(wǎng)絡(luò)的可能性，證明了這種方法是可行的，其局限性在于插入網(wǎng)絡(luò)后同時(shí)會(huì)對(duì)帶內(nèi)產(chǎn)生不確定的影響，這一點(diǎn)需要進(jìn)行仿真評(píng)估。總的來(lái)說(shuō)，應(yīng)該根據(jù)不同的情況設(shè)計(jì)不同的中間網(wǎng)絡(luò)，以求在帶內(nèi)跟帶外之間達(dá)到某種平衡，該原理對(duì)于實(shí)踐工作是有一定指導(dǎo)意義的。

參 考 文 獻(xiàn)

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