一種有源低通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發明為一種有源低通濾波器，包括輸入匹配模塊、無源低通濾波器模塊、級間匹配模塊、低噪聲放大器模塊和輸出匹配模塊，輸入匹配模塊的輸出端與無源低通濾波器模塊輸入端連接，無源低通濾波器模塊的輸出端與級間匹配模塊的輸入端連接，級間匹配模塊的輸出端與低噪聲放大器模塊輸入端連接，級間匹配模塊使無源低通濾波器模塊與低噪聲放大器模塊之間的電路阻抗達到50歐姆，低噪聲放大器模塊使整個系統的增益達到要求的大于3dB；低噪聲放大器模塊的輸出端與輸出匹配模塊的輸入端連接。本發明中的整體結構包含三個匹配電路模塊、一個無源低通濾波器模塊、一個低噪聲放大器模塊，結構簡單實用，可以用于其他類型濾波器的設計中。
【專利說明】
一種有源低通濾波器
技術領域
[0001]本發明涉及一種有源低通濾波器，尤其是涉及一種有源微帶線超寬帶低通濾波器。
【背景技術】
[0002]濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制無用頻率信號的電子裝置，常用于信號處理。它的功能是允許從零到某個截止頻率的信號無衰減地通過，而對其他頻率的信號有抑制作用。由于真實的世界中有各種各樣需要或者不需要的信息，所以它可以以某種規定的方式將輸入信號根據需要變換成系統要求的輸出信號，讓某些頻率成分的信號通過而使其它頻率成分的信號受到阻塞或者衰減。它是一種應用非常廣泛的信號處理系統，在通信、航天、自動控制、傳感器等領域起著重要的作用。然而對于超高頻射頻濾波器來說，超高頻射頻技術門檻高，國內發展較晚，技術相對欠缺，從事超高頻射頻產品生產的企業很少，更缺少具有自主知識產權的創新型企業。事實上，任何電子系統，從簡單的放大器到復雜的數字信號處理系統都需要濾波器。由于在實際生活中，所有的模擬系統，都不可避免的要與噪聲和外界干擾打交道，這樣，濾波器就常被用來消除不必要的噪聲以及抑制外界對自身系統的干擾等。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種超寬帶0-5.8GHz、噪聲系數小于3dB、增益高于3dB、輸入輸出匹配為50歐、絕對穩定的一種有源低通濾波器。
[0004]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種有源低通濾波器，包括輸入匹配模塊、無源低通濾波器模塊、級間匹配模塊、低噪聲放大器模塊和輸出匹配模塊，所述的輸入匹配模塊的輸出端與無源低通濾波器模塊輸入端連接，輸入匹配模塊使整個系統的輸入阻抗達到50歐姆，無源低通濾波器模塊形成一個增益為O，截止頻率為5.SGHz的濾波器;所述的無源低通濾波器模塊的輸出端與級間匹配模塊的輸入端連接，所述的級間匹配模塊的輸出端與低噪聲放大器模塊輸入端連接，級間匹配模塊使無源低通濾波器模塊與低噪聲放大器模塊之間的電路阻抗達到50歐姆，低噪聲放大器模塊使整個系統的增益達到要求的大于3dB ；所述的低噪聲放大器模塊的輸出端與輸出匹配模塊的輸入端連接，輸出匹配模塊使整個系統的輸出阻抗達到50歐姆。
[0005]所述的低通濾波器模塊由十個并聯微帶短截線和九個串聯微帶傳輸線連接而成，其通過ADS軟件內自帶的設計向導，簡單快速生成的一種無源微帶線低通濾波器，其作用是形成一個增益為O，截止頻率為5.SGHz的濾波器。
[0006]所述的低噪聲放大器模塊由低噪聲放大器芯片、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻組成，所述的低噪聲放大器芯片的柵極和第一電容一端連接，所述的第一電容的另一端和級間匹配模塊的一端連接，所述的低噪聲放大器的漏極和第四電容的輸入端連接，所述的第四電容的輸入端和第二電阻的輸入端連接，所述的第四電容的輸出端和輸出匹配電路連接，所述的第二電阻的輸出端和第五電容的輸入端連接且和第三電阻的輸入端連接，所述的第五電容的輸出端接地，所述的第三電阻的輸出端接地，所述的低噪聲放大器的柵極和第四電阻的一端連接，所述的第四電阻的另一端和第五電阻一端連接，所述的第五電阻的另一端和第四電容的輸出端連接。其作用是使整個系統的低通濾波波形達到滿足要求的大于3dB。
[0007]所述各匹配模塊的匹配基本準則為:(1)回波損耗Sll或S22曲跡與史密斯圓圖中心的距離應縮短；(2)回波損耗S11、S22或阻抗軌跡在史密斯圓圖上所占據的區域應被壓縮到最小。
[0008]所述的級間匹配模塊由第二并聯短截微帶線、第一串聯傳輸微帶線、第三串聯傳輸微帶線、第四串聯傳輸微帶線、第六電阻組成，所述的第二并聯短截微帶線和第一串聯傳輸微帶線的一端連接，所述的第一串聯傳輸微帶線另一端與低噪聲放大器輸入端連接，所述的第三串聯傳輸微帶線一端與低噪聲放大器輸入端連接，另一端與第四串聯傳輸和第六電阻連接，所述的第六電阻另一端接地，所述的第四串聯傳輸微帶線另一端與低通濾波器模塊的輸出端連接，采用并聯導納式結構作為輸入匹配電路。并聯導納網絡包括一段串聯傳輸線與一段并聯短截微帶線，串聯傳輸微帶線可以起到導納變換的作用，而并聯短截微帶線的輸入導納則作為補償電納，并聯電阻使初始阻抗沿史密斯原圖中等于常數的弧線移動到一個具有更低電阻值的圓上。其作用是使無源低通濾波器模塊與低噪聲放大器模塊之間的電路阻抗達到50歐姆。
[0009]所述的輸入匹配模塊由第二電感、第九電容、第二十七并聯短截微帶線、第二十六串聯傳輸微帶線、第二十五串聯傳輸微帶線、第二十四串聯傳輸微帶線組成，所述的第二電感一端與第九電容連接，另一端與低通濾波器模塊輸入端連接，所述的第九電容另一端與第二十五串聯傳輸微帶線和第二十六串聯傳輸微帶線連接，所述的第二十六串聯傳輸微帶線另一端與第二十七并聯短截微帶線連接，所述的第二十五串聯傳輸微帶線另一端第二十四串聯傳輸微帶線連接，所述的第二十四串聯傳輸微帶線另一端是信號輸入端。輸入匹配模塊與上述級間匹配模塊同采用并聯導納式結構，不同之處在與輸入匹配模塊還加入了電容和電感，電容的作用是使其阻抗沿史密斯原圖的等電阻圓逆時針移動，使其更靠近史密斯圓圖中心，電感的作用是使其阻抗沿著曲線所在的電納圓逆時針移動，使其更靠近史密斯原圖中心，其作用是使整個系統的輸入阻抗達到50歐姆。
[0010]所述的輸出匹配模塊由第一電感、第九電阻、第二十八串聯傳輸微帶線、第二十九串聯傳輸微帶線組成，所述的第一電感一端與低噪聲放大器輸出端連接，所述的第一電感的另一端與第二十八串聯傳輸微帶線一端連接，所述的第二十八串聯傳輸微帶線另一端與第九電阻一端和第二十九串聯傳輸微帶線一端連接，所述的第九電阻另一端接地，第二十九串聯傳輸微帶線另一端為輸出匹配電路的輸出端。輸出匹配電路采用有耗匹配網絡，兩段微帶線之間并聯電阻，其作用是改善寬帶增益平坦度，提高穩定性;第一電感的作用是使其阻抗沿著曲線所在的電納圓逆時針移動，使其更靠近史密斯原圖中心，并使整個系統的輸出阻抗達到50歐姆。
[0011]本發明的有益效果是:(I)由于濾波器的種類和帶寬可以單獨控制，因此本發明也可使用與除0-5.SGHz之外的其他頻段的寬帶濾波器設計。(2)由于本發明中的低噪聲放大器的增益可以控制，因此本發明也適用于其他增益段的設計。(3)本發明中的整體結構包含三個匹配電路模塊、一個無源低通濾波器模塊、一個低噪聲放大器模塊，結構簡單實用，可以用于其他類型濾波器的設計中。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0013]圖1是本發明的總體框圖。
[0014]圖2是本發明輸入匹配模塊電路原理圖。
[0015]圖3是本發明低通濾波器模塊電路原理圖。
[0016]圖4是本發明級間匹配模塊電路原理圖。
[0017]圖5是低噪聲放大器模塊電路原理圖。
[0018]圖6是輸出匹配電路模塊電路原理圖。
【具體實施方式】
[0019]在圖1中，一種有源低通濾波器，包括無源低通濾波器模塊2、低噪聲放大器模塊3、輸入匹配模塊1、級聯匹配模塊3、輸出匹配模塊5，無源低通濾波器模塊2分別與輸入匹配模塊I的輸出端和級聯匹配模塊3的輸入端連接，低噪聲放大器模塊4分別與輸出匹配模塊5的輸入端和級聯匹配模塊3的輸出端連接。
[0020]上述具體實施例中，如圖3所示，無源低通濾波器模塊由第五微帶線TL5、第六微帶線TL6、第七微帶線TL7、第八微帶線TL8、第九微帶線TL9、第十微帶線TL10、第十一微帶線TL11、第十二微帶線TL12、第十三微帶線TL13、第十四微帶線TL14、第十五微帶線TL15、第十六微帶線TL16、第十七微帶線TL17、第十八微帶線TL18、第十九微帶線TL19、第二十微帶線TL20、第二十一微帶線TL21、第二十二微帶線TL22、第二十三微帶線組成TL23，第五微帶線TL5和第六微帶線TL6—端連接后與級間匹配電路輸入端IN3連接，第六微帶線TL6的另一端和第七TL7還有第八微帶線TL8的一端連接，第八微帶線TL8的另一端和第九微帶線TL9還有第十微帶線的一端連接，第十微帶線的另一端和第十一微帶線還有第十二微帶線的一端連接，第十二微帶線的另一端和第十三微帶線還有第十四微帶線的一端連接，第十四微帶線的另一端和第十五微帶線還有第十六微帶線的一端連接，第十六微帶線的另一端和第十七微帶線還有第十八微帶線的一端連接，第十八微帶線的另一端和第十九微帶線還有第二十微帶線的一端連接，第二十微帶線的另一端和第二十一微帶線還有第二十二微帶線的一端連接，第二十二微帶線的另一端和第二十三微帶線連接后與輸入匹配電路輸出端OUTl連接。
[0021]上述具體實施例中，如圖5所示，低噪聲放大器模塊由低噪聲放大器芯片SNP1、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5組成，其中低噪聲放大器芯片SNPl用Fujitsu公司的FHX13X，低噪聲放大器芯片SNPl的柵極和第一電容Cl 一端連接，第一電容Cl的另一端和級間匹配電路的輸出端0UT3連接，低噪聲放大器的漏極2和第四電容C4的輸入端連接，第四電容C4的輸入端和第二電阻R2的輸入端連接，第四電容C4的輸出端和輸出匹配電路輸入端IN3連接，第二電阻R2的輸出端和第五電容C5的輸入端連接且和第三電阻R3的輸入端連接，第五電容C5的輸出端接地，第三電阻R3的輸出端接地，低噪聲放大器的柵極I和第四電阻R4的一端連接，所述的第四電阻R4的另一端和第五電阻R5—端連接，第五電阻R5的另一端和第四電容C4的輸出端連接，所述的低噪聲放大器的源極Ref與第二電容C2、第一電阻Rl和第三電容C3—端連接，所述的第二電容C2、第一電阻Rl和第三電容C3的另一端接地。
[0022]上述具體實施例中，如圖2所示，輸入匹配模塊由第二電感L2、第九電容C9、第二十七微帶線TL27、第二十六微帶線TL26、第二十五微帶線TL25、第二十四微帶線TL24組成，第二電感L2—端與第九電容C9連接，L2另一端與無源低通濾波器模塊輸入端IN2連接，第九電容C9另一端與第二十五微帶線TL25和第二十六微帶線TL26連接，第二十六微帶線TL26另一端與第二十七微帶線TL27連接，第二十五微帶線TL25另一端與第二十四微帶線TL24連接，第二十四微帶線TL24另一端是信號輸入端Signal-1N。
[0023]上述具體實施例中，如圖4所示，級間匹配模塊由第二微帶線TL2、第一微帶線TL1、第三微帶線TL3、第四微帶線TL4、第六電阻R6組成，第二微帶線TL2和第一微帶線TLl的一端連接，第一微帶線TLl另一端與低噪聲放大器輸入端IN4連接，第三微帶線TL3—端與低噪聲放大器輸入端連接，另一端與第四微帶線TL4和第六電阻R6連接，所述的第六電阻R6另一端接地，所述的第四微帶線TL4另一端與低通濾波器模塊的輸出端0UT2連接。
[0024]上述具體實施例中，如圖6所示，輸出匹配端由第一電感L1、第九電阻R9、第二十八微帶線TL28、第二十九微帶線TL29組成，所述的第一電感LI一端與低噪聲放大器輸出端0UT4連接，所述的第一電感LI的另一端與第二十八微帶線TL28—端連接，所述的第二十八微帶線TL28另一端與第九電阻R9—端和第二十九微帶線TL29—端連接，所述的第九電阻R9另一端接地，第二十九微帶線TL29另一端為輸出匹配電路的輸出端Signal-OUT。
【主權項】
1.一種有源低通濾波器，其特征在于:該濾波器包括輸入匹配模塊、無源低通濾波器模塊、級間匹配模塊、低噪聲放大器模塊和輸出匹配模塊，所述的輸入匹配模塊的輸出端與無源低通濾波器模塊輸入端連接，輸入匹配模塊使整個系統的輸入阻抗達到50歐姆，無源低通濾波器模塊形成一個增益為O，截止頻率為5.SGHz的濾波器;所述的無源低通濾波器模塊的輸出端與級間匹配模塊的輸入端連接，所述的級間匹配模塊的輸出端與低噪聲放大器模塊輸入端連接，級間匹配模塊使無源低通濾波器模塊與低噪聲放大器模塊之間的電路阻抗達到50歐姆，低噪聲放大器模塊使整個系統的增益達到要求的大于3dB;所述的低噪聲放大器模塊的輸出端與輸出匹配模塊的輸入端連接，輸出匹配模塊使整個系統的輸出阻抗達到50歐姆。2.根據權利要求1所述的一種有源低通濾波器，其特征在于:所述的低通濾波器模塊由十個并聯微帶短截線和九個串聯微帶傳輸線連接而成，其通過ADS軟件內自帶的設計向導，簡單快速生成的一種無源微帶線低通濾波器，其作用是形成一個增益為O，截止頻率為5.8GHz的濾波器。3.根據權利要求1所述的一種有源低通濾波器，其特征在于:所述的低噪聲放大器模塊由低噪聲放大器芯片、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻組成，所述的低噪聲放大器芯片的柵極和第一電容一端連接，所述的第一電容的另一端和級間匹配模塊的一端連接，所述的低噪聲放大器的漏極和第四電容的輸入端連接，所述的第四電容的輸入端和第二電阻的輸入端連接，所述的第四電容的輸出端和輸出匹配電路連接，所述的第二電阻的輸出端和第五電容的輸入端連接且和第三電阻的輸入端連接，所述的第五電容的輸出端接地，所述的第三電阻的輸出端接地，所述的低噪聲放大器的柵極和第四電阻的一端連接，所述的第四電阻的另一端和第五電阻一端連接，所述的第五電阻的另一端和第四電容的輸出端連接;其作用是使整個系統的低通濾波波形達到滿足要求的大于3dB。4.根據權利要求1所述的一種有源低通濾波器，其特征在于:所述各匹配模塊的匹配基本準則為:(I)回波損耗Sll或S22曲跡與史密斯圓圖中心的距離應縮短；(2)回波損耗S11、S22或阻抗軌跡在史密斯圓圖上所占據的區域應被壓縮到最小。5.根據權利要求1所述的一種有源低通濾波器，其特征在于:所述的級間匹配模塊由第二并聯短截微帶線、第一串聯傳輸微帶線、第三串聯傳輸微帶線、第四串聯傳輸微帶線、第六電阻組成，所述的第二并聯短截微帶線和第一串聯傳輸微帶線的一端連接，所述的第一串聯傳輸微帶線另一端與低噪聲放大器輸入端連接，所述的第三串聯傳輸微帶線一端與低噪聲放大器輸入端連接，另一端與第四串聯傳輸和第六電阻連接，所述的第六電阻另一端接地，所述的第四串聯傳輸微帶線另一端與低通濾波器模塊的輸出端連接，采用并聯導納式結構作為輸入匹配電路;并聯導納網絡包括一段串聯傳輸線與一段并聯短截微帶線，串聯傳輸微帶線可以起到導納變換的作用，而并聯短截微帶線的輸入導納則作為補償電納，并聯電阻使初始阻抗沿史密斯原圖中等于常數的弧線移動到一個具有更低電阻值的圓上；其作用是使無源低通濾波器模塊與低噪聲放大器模塊之間的電路阻抗達到50歐姆。6.根據權利要求1所述的一種有源低通濾波器，其特征在于:所述的輸入匹配模塊由第二電感、第九電容、第二十七并聯短截微帶線、第二十六串聯傳輸微帶線、第二十五串聯傳輸微帶線、第二十四串聯傳輸微帶線組成，所述的第二電感一端與第九電容連接，另一端與低通濾波器模塊輸入端連接，所述的第九電容另一端與第二十五串聯傳輸微帶線和第二十六串聯傳輸微帶線連接，所述的第二十六串聯傳輸微帶線另一端與第二十七并聯短截微帶線連接，所述的第二十五串聯傳輸微帶線另一端第二十四串聯傳輸微帶線連接，所述的第二十四串聯傳輸微帶線另一端是信號輸入端;輸入匹配模塊與上述級間匹配模塊同采用并聯導納式結構，不同之處在與輸入匹配模塊還加入了電容和電感，電容的作用是使其阻抗沿史密斯原圖的等電阻圓逆時針移動，使其更靠近史密斯圓圖中心，電感的作用是使其阻抗沿著曲線所在的電納圓逆時針移動，使其更靠近史密斯原圖中心，其作用是使整個系統的輸入阻抗達到50歐姆。7.根據權利要求1所述的一種有源低通濾波器，其特征在于:所述的輸出匹配模塊由第一電感、第九電阻、第二十八串聯傳輸微帶線、第二十九串聯傳輸微帶線組成，所述的第一電感一端與低噪聲放大器輸出端連接，所述的第一電感的另一端與第二十八串聯傳輸微帶線一端連接，所述的第二十八串聯傳輸微帶線另一端與第九電阻一端和第二十九串聯傳輸微帶線一端連接，所述的第九電阻另一端接地，第二十九串聯傳輸微帶線另一端為輸出匹配電路的輸出端;輸出匹配電路采用有耗匹配網絡，兩段微帶線之間并聯電阻，其作用是改善寬帶增益平坦度，提高穩定性;第一電感的作用是使其阻抗沿著曲線所在的電納圓逆時針移動，使其更靠近史密斯原圖中心，并使整個系統的輸出阻抗達到50歐姆。
【文檔編號】H03H11/46GK105915197SQ201610350182
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月24日
【發明人】賽景波, 劉錚
【申請人】北京工業大學