创建并分析一个RF带通滤波器仿真

想象一下，如果我的智能手机能接收到附近任何其他手机信号，会出现什么样的混乱。你有没有想过智能手机是如何知道它需要哪个特定的信号来与当地的信号塔通信的?除了多路复用，您的手机和许多其他射频设备将明智地使用滤波，以便在正确的频率进行通信。

射频设备可能看起来很深奥，但为许多射频设备设计和分析关键组件并不比使用其他组件更困难。使用正确的分析包，您可以轻松模拟RF带通滤波器并分析RF滤波器的各个方面。

为什么是射频滤波器?

从技术上讲，任何类型的过滤器都可以用于射频频率当电路包含正确的元件时。目标只是将相关的固有频率和带宽设置为所需的值，以确保您的滤波器显示正确的行为。

射频滤波器设计的目标是最大限度地提高以特定频率传播到电路中的信号强度，同时排除其他频率。理想情况下，天线和接收机应该阻抗匹配，以抑制信号反射和振铃，这可能需要在互连的源端或负载端建立阻抗匹配网络。

在实际应用中，射频应用通常不使用一阶滤波器，而是使用高阶滤波器。这是因为射频设备中的接收/发射信道具有较窄的带宽，并且所涉及的滤波器需要在信道边缘具有陡峭的滚转。这确保了射频信号本身传播到电路中，而噪声或位于所需带宽之外的其他信号被排除在外。

在具有载波聚合的GHz系统中，特别是在即将到来的5 g系统在美国，每个信道中所需的滤波水平对于抑制非线性效应如无源互调是非常重要的。由于非线性频率混合，制造不良的元件中的非线性会在邻近信道中产生边带。在所需的接收/发射频率上使用具有陡滚降的高阶滤波器将有助于抑制边带，使其不会产生明显的比特误码。

调制和多路复用在现代电信中极其重要。滤波器电路的返回损耗和插入损耗谱需要与天线和预期接收/发射波段的相同谱相匹配，以便不同波段的功率不会无意中从多路复用信号中去除。高阶滤波器通常用于提供在电信系统中处理跨越接收/发射频带的多路复用信号所需的带宽和陡滚转。

无源射频带通滤波器仿真

与射频/无线设备，目标是使传播信号看到的回波损耗尽可能低，这意味着散射参数S11在以dB为单位测量时应尽可能为负。理想情况下，RF带通滤波器仿真将帮助您设计滤波器，使回波损失频谱很好地重叠载波信号和调制信号(在频率调制中)。类似地，您希望使插入损耗(S21)尽可能接近0 dB。

对于天线，您希望将尽可能多的载波信号传递到天线，使电压驻波比(VSWR)尽可能接近1。包含过滤/阻抗匹配电路的市售天线通常为这些组件提供1到2之间的驻波比值。

就像任何滤波器一样，从RF带通滤波器输出的通带内信号将获得相移。滤波器也产生群延迟，但这通常被忽略时，工作与纯正弦信号的恒幅。对于多路调幅信号(例如，正交调幅)，群延迟变得非常重要，因为它表示特定信号的时变幅度中的延迟交流电的频率．

由于您经常使用频率的多路复用包络，包络中的不同频率将经历不同级别的群延迟。下面的例子显示了带有无源组件的10阶切比雪夫滤波器的输出。在这里，你会看到通带(9到11 GHz)非常窄，在插入损耗频谱中只提供了很小的波动。相位谱有许多峰值，这在某些应用中可能是不可取的，或者可能需要在PCB级进行补偿。贝塞尔-汤姆逊带通滤波器通常提供更平坦的群延迟谱。

10阶切比雪夫滤波器的RF带通滤波器仿真输出

确定损失、组延迟和相位延迟

如果你能从你的滤波器电路中计算出所有这些参数，那么你就有了评估你的设计所需的所有信息。对于任何滤波器，响应都可以通过特定正弦频率的扫频来确定。一旦测量出每个频率下的输出电压和输入电压，就可以确定两个信号之间的相位差。您可以使用这些电压的比值来确定插入损耗和返回损耗。如果你使用的是天线，你还需要从回波损失中计算VSWR:

插入损耗，回波损耗，VSWR方程

群延迟谱等于相移谱对频率的导数，乘以-1。请注意，在计算组延迟时，您可能需要在角度和弧度之间转换相位。这告诉你所有你需要的关于你的RF带通滤波器的信息。

随着新的无线设备以更高的频率运行，您将需要帮助您设计RF天线、接收器和组件的工具。一个强大的SPICE包可以帮助您设计一个RF带通滤波器模拟使用复杂PCB设计．的OrCAD PSpice模拟器寄来的包裹节奏可以帮助您执行许多其他任务，这些任务对于设计和分析任何应用程序的模拟电路都很重要。

如果你想了解更多Cadence为你提供的解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．