電視接收天線VUHF頻段LC合路器設(shè)計與仿真

盧紹飛

摘要：以低通濾波器和高通濾波器為基礎(chǔ)設(shè)計異頻合路器，設(shè)計了一種2路小型化LC合路器，采用LC分離元件設(shè)計的合路器，重量輕且空間占用小，利用電路元件代替天線形式的濾波功能。通過Agilent公司的先進設(shè)計系統(tǒng)（ADS）軟件對合路器電路模型進行仿真設(shè)計與優(yōu)化，仿真結(jié)果表明該合路器各端口匹配良好，插入損耗低，隔離度高，且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，電路的穩(wěn)定性和性能指標(biāo)比機械元件的穩(wěn)定，滿足工程設(shè)計的需求，具有很高的工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：濾波器;合路器;LC;高通;低通;VHF;UHF

合路器是現(xiàn)代無線和移動通信系統(tǒng)收發(fā)信機中的關(guān)鍵部件，一般有兩個或多個輸入端口，只有一個輸出端口。端口隔離度是一個比較重要的指標(biāo)，用于描述兩路信號互不影響的能力，一般要求在20dB以上。在電視天線接收系統(tǒng)中，將幾種不同頻段的（如170MHZ～230MHZ與470MHZ～862MHZ）輸入輸出信號通過合路器合路后，用一根同軸饋線與電視連接，這樣同時可以接收多個頻段電視信號，實現(xiàn)一副電視天線可以接收多個頻道。合路器既可以用于發(fā)送端，也可以應(yīng)用于接收端。電視天線一般采用偶極子或折疊形振子，是對稱平衡結(jié)構(gòu)，接收信號為平衡的，其輸入阻抗為75歐姆。

目前，合路器有采用微帶或者腔體結(jié)構(gòu)，然而對于VHF及UHF頻段，相應(yīng)波長較長，如果使用微帶合路器或者腔體合路器，其結(jié)構(gòu)尺寸大，且重量重，不便于應(yīng)用，而LC合路器可以做到體積小，重量輕，易于集成，成本低，設(shè)計靈活等優(yōu)勢，因此這種結(jié)構(gòu)組成合路器具有很好應(yīng)用與發(fā)展。

VHF及UHF頻段LC合路器結(jié)構(gòu)簡單，性能指標(biāo)良好，可根據(jù)需要靈活調(diào)整印制板，便于系統(tǒng)集成。 LC合路器包括高通濾波電路，低通濾波電路，高通濾波電路的輸出端和低通濾波電路的輸出端相連作為公共接口，低通濾波電路的輸入端相連作為低通信號接口，高通濾波電路的輸入端為高通信號接口，通過LC無耗器件實現(xiàn)插入損耗小，利用濾波器帶外抵制實現(xiàn)端口之間隔離，達(dá)到很高隔離度。

本文設(shè)計2路異頻VHF和UHF頻段的LC合路器，它是由1個低通濾波器和1個高頻濾波器并在1個合路端口共用構(gòu)成。使用ADS仿真軟件對合路器電路模型進行仿真優(yōu)化，仿真優(yōu)化達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。

1 設(shè)計指標(biāo)

根據(jù)某工程的設(shè)計需求，制定合路器的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

2 濾波器設(shè)計

根據(jù)指標(biāo)要求，選取帶內(nèi)波紋為0.1dB的5階Chebyshev低通及高通濾波器，通過使用ADS 濾波器設(shè)計向?qū)В―esignGuide---Filter）分別設(shè)置低通濾波器各項參數(shù)（源阻抗Source：75Ω、負(fù)載阻抗Load： 75Ω、通帶Fp：230MHz、阻帶Fs：470MHz、帶內(nèi)波紋Ap：0.1dB、帶外抑制As：30dB，響應(yīng)類型：Chebyshev）;高通濾波器的各項參數(shù)（源阻抗Source：75Ω、負(fù)載阻抗Load： 75Ω、通帶Fp：470MHz、阻帶Fs：230MHz、帶內(nèi)波紋Ap：0.1dB、帶外抑制As：30dB，響應(yīng)類型：Chebyshev），點擊Design按鈕即可得到低通及高通濾波器原型及初始值，如圖2、3所示：

直接利用ADS軟件仿真設(shè)計優(yōu)化得到原型及初始值，既避免了煩瑣的數(shù)學(xué)計算，又避免了理論計算結(jié)果不能完全適合實際電路的情況。

3 整體電路模型與仿真分析

通過上面的設(shè)計分析，將設(shè)計好的低通濾波器和高通濾波器合并，得到如圖4所示整體電路圖。從圖中可以看出，1路從低通濾器端口1輸入，另1路從高通濾器端口2輸入，最后兩路匯合從端口3輸出。

初步合并仿真其效果不符合設(shè)計要求，經(jīng)過ADS自帶優(yōu)化功能及調(diào)諧優(yōu)化后，最終效果滿足設(shè)計要求。電路優(yōu)化后并經(jīng)打板驗證后其各元件參數(shù)值如表2所示，電路優(yōu)化后的S參數(shù)結(jié)果如圖5所示。在170～230MHz和470～862MHz兩個工作頻帶內(nèi)插入損耗<0.1dB，回波損耗≥20 dB，帶外抑制≥40 dB（@470～862MHz）、≥35 dB（@170～230MHz），隔離度≥40 dB（@470～862MHz）、≥35 dB（@170～230MHz），達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。另外，由互易性可得反向S參數(shù)。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合低通濾波器和高通濾波器選頻特性，用ADS設(shè)計了一款2路異頻VHF、UHF頻段的LC合路器，利用ADS濾波器設(shè)計向?qū)гO(shè)計出低通及高通濾波器原型再組合仿真優(yōu)化，避免煩瑣的數(shù)學(xué)計算，提高設(shè)計效率及準(zhǔn)確性。文中給出了該合路器的電路模型和仿真結(jié)果，表明了該合路器性能優(yōu)越，設(shè)計方法簡單，可制作成本低，適用于電視接收天線高低頻信號合路，以及適用一些頻率低，頻帶寬和需要同時合成異頻的通信系統(tǒng)。

參考文獻：

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