综合训练要求及模板

1 综合训练综合训练 要求要求 一 课程性质一 课程性质 学生在学完了 射频通信电路 课程之后 运用所学的专业课程知识 结 合通用的射频 EDA 设计软件进行实际电路的设计 既能加深对专业知识的理解 又能培养专业知识与实践相结合的能力 二 教学目的二 教学目的 1 使学生熟悉射频电路基本设计流程 熟悉常用的射频设计软件 增强射 频电路的认识理解 2 培养学生做电路设计的基本意识 动手能力 3 培养学生实事求是 积极探索的科学精神 三 课程设计要求三 课程设计要求 1 根据具体的设计任务 按照流程书写射频滤波器的设计过程 并写清楚 相应的 ADS 操作 2 要求滤波器设计流程完整清晰 相应的 ADS 操作完整正确 3 独立 认真设计 如有雷同 不给成绩 4 在规定的时间内完成综合训练 根据具体要求综合训练报告 在规定时 间提交综合训练报告 5 报告格式规范 内容逻辑清晰 并配以相应的图表说明 图表清晰规范 不少于 2500 字 四 题目 内容及考核方式四 题目 内容及考核方式 1 综合训练题目 综合训练题目 基于 ADS 的射频滤波器设计 2 综合训练内容 综合训练内容 针对 射频电路设计 理论与应用 中 P163 任务 I 采用 ADS 为 EDA 设计工具 按照设计流程完成射频滤波器设计 3 考核方式 考核方式 学生完成专业综合训练设计后 要求学生根据具体要求写出报告 指导教 师根据所提交报告及答辩情况来进行考查 具体包括电路基本知识掌握的程度 综合训练内容的理解程度 报告完成情况等项目综合评定成绩 综合训练的成绩满分为 10 分 2 五 报告提交时间五 报告提交时间 12 周周五提交 3 设计报告模板 封皮统一格式 具体设计内容可参考但不局限 于此模板 学生完成设计报告时 以下文本红色部分应删除 不 能出现在最终报告中 专业综合训练 报告 二号黑体 基于 ADS 的射频滤波器设 计 班 级 电子 12 1 班 学 号 1206040103 姓 名 符淋淋 指导教师 李蕾 4 一 前言 四号宋体 说明 射频滤波器设计的背景意义 随着电子设备工作频率的迅速提高 电磁干扰的频率也越来越高 干扰频率通 常会达到数百兆赫兹 甚至千兆赫兹以上 由于电压或电流的频率越高 越容 易产生辐射 正是这些频率很高的干扰信号导致了辐射干扰的问题日益严重 因此 迫切需要一种能对辐射干扰的高频信号有较大的衰减的滤波器出现 这 个时候射频干扰滤波器即射频滤波器就应运而生了 自 60 年代起由于计算机技术 集成工艺和材料工业的发展 滤波器发展上了一个 新台阶 并且朝着低功耗 高精度 小体积 多功能 稳定可靠和廉价方向努力 其中小体 积 多功能 高精度 稳定可靠成为 70 年代以后的主攻方向 导致 RC 有源滤波器 数字滤 波器 开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展 到 70 年代后期 上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用 80 年代 致力于各类新 型滤波器的研究 努力提高性能并逐渐扩大应用范围 90 年代至现在主要致力 于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制 当然 对滤波器本身的研究仍 在不断进行 在过去的几十年中 无线通信技术和微电子技术以及其他相关产 业知识获得了相当大的发展和进步 无线网络和移动通信的大范围部署给世界 上各国人们的生产生活带来了深远的影响和巨大的贡献 据最新数据结果显示 到目前为止 全球使用手机和无线网的个体用户占全球人口总数的一半以上 并且 在经过最近十几年的指数型增长以后 今年的无线和通信产业已成为世 界上最大的产业之一 然而在近代电信设备和各类控制系统中 滤波器应用极 为广泛 在所有的电子部件中 使用最多 技术最为复杂的就是滤波器了 滤波器的 优劣直接决定产品的优劣 所以 对滤波器的研究和生产历来为各国所重视 5 在射频通信系统中 滤波器在射频有源电路的输入输出各个级之间广泛存在 其重要地位不可忽视 比如混频器 频率合成器 倍频器 放大器以及多通道 通信中 都可以借助滤波器对射频信号进行隔离 选通或是重新组合 由于频 谱资源十分有限 便要求我们按照一定的准则对其加以分配和合理利用 滤波 器在射频系统中 广泛的应用于射频收发组件中 它不仅可以用来限定大功率 发射极在其工作频带内的辐射信号 并且可以阻止接收机受其工作频带外的噪 声信号的干扰 从实用的角度来看 对于便携式手持电子通信设备 卫星通信等相关产品而 言 微型化是一个重要的研究课题 尺寸的减小和重量的减轻都会给使用者带来更完美的 体验 因此 从这一方面来看 小型化是终端无线通信行业的整体发展的趋势 随着大规 模集成电路技术的迅猛发展 绝大部分较低频段的中频和基带电路中 其中包括滤波器 都可以运用大规模集成电路技术进行生产制造 所以 对于器件的小型化要求将伴随着半 导体技术的发展而变得日益迫切 在射频系统中 自从单片机微波集成电路出现以后 使 得放大器以及频率转换器等射频电路日趋小型化 但是对于像滤波器和振荡器等一些射频 无源器件的小型化问题 还需要寻求更好的解决办法 因此 如何快速且准确的设计出小 型化和高性能的滤波器 成为当今业内研究的两大重要课题 也是目前射频器件 微波器 件以及毫米波器件设计的关键环节之一 在军用电子设备领域 特别是雷达的发明及其应用 成为微波技术发展的强大动力源头 对宽带以及可调设备的需求 促使具有高选择性的同轴谐振器 波导谐振器 多工器等的 快速发展 卫星通信行业的发展不仅对滤波器的频率选择性和线性相位要求极高 通知对 于滤波器的小型化 低损耗以及窄带的要求也越来越迫切 从而导致了介质谐振腔和双模 谐振腔等可用于滤波器设计的谐振器件的发展 总之 随着卫星 移动通信以及无线电技术的发展 微波滤波器已经成为 射频微波领域中非常重要的组成部分 不管是军用电子设备领域 还是民用电 子设备领域均需要形式各异 功能多样的射频微波滤波器 由于每种滤波器都 有各自的优点和缺陷 因而根据实际用途和相应的技术指标对所需滤波器进行 选型是十分有必要的 小四号宋体 二 设计内容 四号宋体 说 明 射频滤波器设计的流程 相应 ADS 操作 6 从滤波器的实现方法来 7 从 射频滤波器的分类根据工作信号的频率范围 射频滤波器主要分为四大类 即低通滤波器 LPF 高通滤波器 HPF 带通滤波器 BPF 和带阻滤波器 BEF 1 低通滤波器指低频信号能够通过而高频信号不能通过的滤波器 2 高通滤波器则相反 即高频信号能通过而低频信号不能通过 8 3 带通滤波器是指频率在某一个频率范围内的信号能通过 射频滤波器而在此频率范围之外的信 号均不能通过 4 带阻滤波器的性能与之相反 即某个频带范围内的信号被阻断 但允许在此频率范围之外的信 号通过 射频滤波器的安装射频滤波器的安装 射频滤波器的安装方式对滤波器的性能有很大影响 首先射频干扰滤波器必须以金属板为隔离板 将滤波器的输入和输出隔离开 其次 滤波器要与金属板之间保持低阻抗的接触 以保证滤波电容的旁路效果 最好将滤波器安 装在镀锡或锌的铝板或钢板上 为了保证可靠的连接 一般要在滤波器的安装法兰与隔离板之间 安装内齿垫片 而不能使用导电胶之类的物质来达到可靠连接的目的 需要注意的问题是 不同金属的接触面之间会发生电化学腐蚀 导致接触阻抗增加 有些设备经 过一段时间使用后 干扰情况变得严重 就是由于滤波器的接地阻抗增加导致的 特别是当滤波 器的低频滤波效果降低时 要考虑这种因素 射频滤波器的选用射频滤波器的选用 射频滤波器在选用时 可综合考虑以下内容 1 中心频率 Center Frequency 射频滤波器通带的中心频率 f0 一般取 f0 f1 f2 2 f1 f2 为带通或带阻滤波器左 右相对下降 1dB 或 3dB 边频点 窄带滤波器常以插损最 小点为中心频率计算通带带宽 2 截止频率 Cutoff Frequency 指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频 点 通常以 1dB 或 3dB 相对损耗点来标准定义 相对损耗的参考基准为 低通以 DC 处插损为 基准 高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准 3 通带带宽 BWxdB 指需要通过的频谱宽度 BWxdB f2 f1 f1 f2 为以中心频率 f0 处插入损耗为基准 下降 X dB 处对应的左 右边频点 通常用 X 3 1 0 5 即 BW3dB BW1dB BW0 5dB 表征滤波器通带带宽参数 分数带宽 fractial bandwidth BW3dB f0 100 也常用来表征滤波器通带带宽 4 插入损耗 Insertion Loss 由于射频滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗 以中 心或截止频率处损耗表征 如要求全带内插损需强调 9 5 纹波 Ripple 指 1dB 或 3dB 带宽 截止频率 范围内 插损随频率在损耗均值曲线基 础上波动的峰 峰值 6 带内波动 Passband Riplpe 通带内插入损耗随频率的变化量 1dB 带宽内的带内波动 是 1dB 7 带内驻波比 VSWR 衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标 理想匹 配 VSWR 1 1 失配时 VSWR 1 对于一个实际的射频滤波器而言 满足 VSWR 1 5 1 的带宽一般小于 BW3dB 其占 BW3dB 的比例与滤波器阶数和插损相关 8 回波损耗 Return Loss 端口信号输入功率与反射功率之比的分贝 dB 数 也等于 20Log10 为电压反射系数 输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大 9 阻带抑制度 衡量射频滤波器选择性能好坏的重要指标 该指标越高说明对带外干扰信号抑 制的越好 通常有两种提法 一种为要求对某一给定带外频率 fs 抑制多少 dB 计算方法为 fs 处衰减量 As IL 另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标 矩形系数 KxdB 1 KxdB BWxdB BW3dB X 可为 40dB 30dB 20dB 等 滤波器阶数 越多矩形度越高 即 K 越接近理想值 1 制作难度当然也就越大 射频滤波器的相关射频滤波器的相关 一 小型馈通滤波器 体积小 有效滤波的频率范围为 10kHz 1GHz 使用环境温度 55 125 安装空间小 额定电流小于 30A 需要滤除高频干扰的场合 二 大电流馈通滤波器 额定工作电流大 30A 200A 有效滤波的频率范围为 10 kHz 1GHz 使用环境温度 20 125 工作电流大 需要滤除高频干扰的场合 三 交流馈通滤波器 可以工作在交流条件下 高耐压强度 使用环境温度 55 85 用于制造高性能交流电源线滤波器 四 高性能双路交流滤波器 10 多级滤波电路 具有很高的差模和共模插入损耗 有效滤波的频率范围为 10 kHz 1GHz 使 用环境温度 40 125 设备的交流电源输入 保证设备通过 GJB151A 的各项试验 特别适合于设备需要满足 RE102 试验的场合 以及对电源线功率发射有限制的场合 五 高性能双路直流滤波器 多级滤波电路 具有很高的差模和共模插入损耗有效滤波的频率范围为 10 kHz 1GHz 使用 环境温度 55 125 设备的直流电源输入 保证设备通过 GJB151A 的各项试验 特别适合于设备需要满足 RE102 试验的场合 六 线路板安装双路直流滤波器 体积小 线路板安装方式 具有较高的差模和共模插入损耗 但是有效滤波的频率范围较窄 为 10 kHz 50MHz 使用环境温度 55 125 线路板上 DC DC 变换器的输入和输出端 使设备符合传导发射和抗扰度的要求 减小直流电压 的纹波 七 D 型滤波连接器 与标准 D 形连接器的外形尺寸兼容 节省安装空间 有效滤波的频率范围为 1 MHz 1GHz 使用环境温度 55 125 信号电缆端口滤波 使设备满足辐射发射 辐射敏感度 以及传导敏感度方面的要求 八 多路滤波器 体积小 一个器件上有多路滤波 有效滤波频率范围为 100 kHz 1GHz 使用环境温度 55 125 多路信号或电源线需要穿过屏蔽体的场合 九 普通单相交流滤波器 价格低 在 50MHz 以下的频率范围具有较高的插入损耗 设备的交流电源输入 使设备满足传导发射的要求 以及电快速脉冲试验的场合 十 普通三相交流滤波器 11 价格低 在 50MHz 以下的频率范围具有较高的插入损耗 设备的三相交流电源输入 使设备满足传导发射的要求 以及电快速脉冲试验的场合 十一 型电快速脉冲抑制器 此产品是专为电子设备通过电源线电快速脉冲 EFT 试验而设计的高性能 低成本器件 对电 快速脉冲具有独特的抑制作用 一般情况下 单独使用本产品即可保证设备通过 EFT 试验 并 且不需要接地 不要求设备的机箱必须为金属制的 增加适当的外围电路后 对开关电源等强 噪声源产生的传导发射有良好的抑制效果 可取代普通电源线滤波器 以较低的成本满足电源线 传导发射的要求 设备传导发射已经合格 电快速脉冲试验不合格时使用 设备需要通过传导发射试验和电快速脉冲试验时 在本产品的基础上增加适当的外围电路 设备在实际使用中频繁发生故障时 与设备用同一个电网上的负载接通或断开对设备形成干扰 设备虽然安装了电源线滤波器 但是传导发射不合格时 在原滤波器与电源模块之间插入 射频滤波器的技术参数射频滤波器的技术参数 6GHz MS 射频滤波器 32 00090 00 通带频率 通带频率 2 596 2 686GHZ 插入损耗 1dB 通带内每 500KHZ 群延迟 12nS 输入 输出驻波比 1 3 1 阻抗为 50 阻带特性 0 1 2 5GHZ 30dBc 2 5 2 548GHZ 20dBc 12 2 71 8GHZ 30dBc 小四号宋体 三 总结 四号宋体 说 明 经验 注意的问题 缺点等 通过自己的不懈努力 为期一周的课程设计终于圆满的结束了 交上了一 份满意的答卷 起初拿到课程设计题目的时候觉得不是很难 因为毕竟报警器 是我们大家都很熟悉的 与我们日常生活联系的比较密切 但