一種EOC專(zhuān)用雙工濾波器的仿真設計與實(shí)現

摘要 闡述了EOC設備上雙工濾波器的設計方法。濾波器由LC低通濾波器和LC高通濾波器組合而成，通過(guò)ADS2005仿真計算，研究了貼片電容和空心線(xiàn)圈電感，在FR-4板材上實(shí)現高性能濾波器的可行性。通過(guò)優(yōu)化設計，提高了隔離度和帶外抑制性能，對研制的濾波器電感線(xiàn)圈匝間距進(jìn)行實(shí)驗微調，產(chǎn)品匹配性良好，各項指標達到國家標準。
關(guān)鍵詞 濾波器；FR-4板材；電感；電容

目前市場(chǎng)上的雙工濾波器是由低通濾波器和高通濾波器組合在PCB上的三端口微波器件，分別為混合頻率輸入端、低頻輸出端、高頻輸出端。根據目前中國國內廣電市場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò )規劃標準，雙工器的頻率范圍為0～30MHz，47～1 GHz；O～65MHz，87～1GHz等，以適應不同地域的頻帶劃分。在國家規劃廣電、電信等網(wǎng)絡(luò )三網(wǎng)合一工程中，雙工濾波器目前成為其中基帶EOC以及調制EOC等主要設備上應用最多并且關(guān)鍵的微波元件，其中的反射、傳輸、隔離度、帶外抑制都是影響網(wǎng)絡(luò )信號優(yōu)劣的關(guān)鍵指標。
文中介紹的雙工濾波器頻段為0～30MHz，47～1GHz，業(yè)內稱(chēng)作30／47雙工，射頻阻抗75Ω，指標要求為各個(gè)端口反射-20 dB，傳輸損耗在1 dB以?xún)?，帶外抑?50 dB，頻帶間隔離度-50 dB。其基本結構，如圖1所示。


該雙工器采用模塊化結構，可批量生產(chǎn)，并且測試、安裝、調試方便。雙工器的PCB材質(zhì)采用FR-4板材，介電常數ε值約為4.3～4．9，標準值為4.6?；搴穸? mm；覆銅厚度0．03 mm。金屬電導率：5．78e+7。雙面敷銅，正為空心線(xiàn)圈電感，背面為貼片電容，外部加裝金屬屏蔽殼并接地。
電感和電容值采用數學(xué)模型計算并采用計算機仿真進(jìn)行多次驗證，通過(guò)逐步改變電容和電感的值，使仿真結果符合預定設計要求，在生成實(shí)物樣品后在通過(guò)微調電感線(xiàn)圈的匝間距完善雙工器的指標，其重點(diǎn)和難點(diǎn)在于電容電感值不易選取，殼體過(guò)小使電感之間的影響較大，批量生產(chǎn)一致性不好等問(wèn)題，文中將系統闡述如何解決。

1 濾波器設計
30／47雙工采用橢圓函數濾波器模型，如圖2所示。根據橢圓函數濾波器的設計原理可計算出其中的電容、電感參數值，如表1所示。其中低通部分3組LC回路參數為對稱(chēng)參數，元件值相同。電路采用分立電感、電容元件的設計方案，主要是調試方便，帶外抑制、隔離度較好。

計算出電感電容值后，還需考慮PCB布線(xiàn)、元件排列、電感之間的互感等因素，其中PCB布線(xiàn)能夠增加電路的寄生電容和寄生電感，寄生電容占主要部分，這就需要在調試過(guò)程中對元件的取值進(jìn)行二次修正。