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25、基于原型的切比雪夫低通滤波器匹配设计理论
低通滤波器匹配网络其实就是在滤波的基础上增加了一个阻抗变换的作用,其设计参数包含阻抗变换比、设计带宽参数等等,因为其良好的匹配特性所以经常使用在功率放大器的设计之中。如MTT文章: Design of Highly Efficient Broadband Class-E Power Amplifier Using Synthesized Low-Pass Matching Networks 基础的切比雪夫低通滤波器设计参考: 24、基于原型的切比雪夫低通滤波器设计理论(插入损耗法) 基于原型的切比雪夫低通滤波器匹配设计理论主要参考论文: Tables of Chebyshev Impedance-Transforming Networks of Low-Pass Filter Form 许多国外基于低通滤波器匹配的论文都是基于此! 本文的源文件: 基于原型的切比雪夫低通滤波器匹配设计 1 实部到实部的匹配基于低通滤波器的匹配在宽带匹配中非常常用且十分有效。 考虑如下的要求: 匹配的频段:1.1-2.7GHz(中心频率1.9GHz,约为80%的相对带宽) 匹配的要求:将20欧姆匹配到50欧姆 带内波纹:小于0.1dB 容易得到此时的阻抗变换比为2.5,带宽的要求为80%相当带宽,由于要求带内波纹小于0.1dB,此处选用N=8的参数进行匹配(Tables of Chebyshev Impedance-Transforming Networks of Low-Pass Filter Form)。 根据文章中的设计步骤,首先要进行查表从而得出g1-g4的参数,下面以g1为例子。其中r为阻抗变化比,此处为2.5,w为相对带宽参数,此处为0.8,由此查表得到g1=0.660085: 由此可以继续查表,得到g2,g3,g4: g=[ 0.66086 0.883320 1.58113 0.839925 ] ;然而g5-g8需要计算得出,计算的公式如下所示: 下面进行计算,此处编写了Matlab进行辅助,注意的是此处需要将20欧姆变换到50欧姆,由此端口阻抗Z0需要设置为20欧姆,此处中心频率为1.9GHz,其他设置参考代码注释: clear all clc f=1.9e9;%设置截止频率 Z0=20;%设置端口阻抗 Zoh=90;%高阻抗线阻抗 Zol=20;%低阻抗线阻抗 epsilon=4.6;%设置板材介电常数 %N=8时的滤波器原型,阻抗变化比为2.5 g=[ 0.66086 0.883320 1.58113 0.839925 ] ; g(5)=g(4)*2.5; g(6)=g(3)/2.5; g(7)=g(2)*2.5; g(8)=g(1)/2.5; for ind=1:1:length(g) L=Z0*g(ind)/(2*pi*f); C=g(ind)/(Z0*2*pi*f); c=299792458;%光速 loh=L*c/(Zoh*sqrt(epsilon)); lol=C*Zol*c/sqrt(epsilon); disp(['如果是电感,电感值为:',num2str(L*1e9),'nH,等效微带线长度为:',num2str(loh*1e3),'mm']) disp(['如果是电容,电容值为:',num2str(C*1e12),'pF,等效微带线长度为:',num2str(lol*1e3),'mm']) disp(['-------------------------------------------------------------------------------------']) end进行计算,得到各个参数如下所示,从上到下分别是8个元器件的参数: 注意输入端口的阻抗需要设置为20欧姆,仿真运行得到结果,可见匹配十分良好: 在功率放大器的设计中(或者其他设计场景),需要将复数匹配到特性阻抗,比如之前设计的一个案例: 18、ADS使用记录之超宽带功放设计 1.8GHz负载牵引得到的所需阻抗为18+j19欧姆左右,详情如下所示(右下角): 修改输入端口阻抗为匹配阻抗的共轭,也就是18-j*19欧姆进一步观察匹配情况,可以看到在1.9GHz时的匹配接近50欧姆: 先根据Matlab的运行结果得到微带线的长度(高阻微带线90欧姆、低阻微带线20欧姆): |
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