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基于全制式宽带通信信号的开关滤波器设计与实现朱亮徐丹丹武敬飞摘要：介绍了宽带无线通信技术产业化要求，通过仿真带通滤波器、低通滤波器，并结合放大器、射频开关设计了一种开关滤波器，满足全制式宽带通信信号的滤波要求，并经过印制板加工及测试，实验结果满足设计指标。关键词：无线通信;滤波器;射频开关;宽带放大器;0引言随着新一代宽带无线通信技术产业化的不断深入和发展，LTE-APro、LTE-A、LTE、WCDMA、TD-SCDMA和GSM等多制式宽带通信信号共存的情况下如何针对不同制式进行分段滤波[1]。传统宽带滤波器只能针对固定频段进行滤波，本文提出一种开关滤波器实现全制式宽带信号带外抑制，提高通信信号频谱纯度，满足新一代无线通信要求。1开关滤波器基本工作原理针对全制式宽带通信信号不同频段要求，在保证输入输出功率插损较小的情况下，进行滤波器分段设计，该开关滤波器包括开关带通滤波器模块和开关低通滤波器模块。宽带通道信号频率范围在400MHz-6000MHz，开关带通滤波器针对400MHz-6000MHz信号进行频段划分，考虑设计成本问题及性能指标，滤波器没有采用集成封装滤波器器件，而是采用ADS进行仿真设计滤波器[2]。在仿真的时候考虑到设计的误差，对通带要求留有一定的余量。带通滤波器模块将频段划分为三段，400MHz-2.8GHz，2.75GHz-4.55GHz和4.45GHz-6.1GHz。其中400MHz-2.8GHz频段采用2.8GHz低通滤波器，其余两段采用带通滤波器设计，开关带通滤波器模块原理框图如图1所示。图1中每一路信号都需经过四个射频开关，再加上每一路滤波器带内差损，信号功率由输入到输出至少存在10dB损耗，为了保证带通滤波器输出信号功率要求，必须对带通滤波器输出信号功率进行放大。开关低通滤波器主要针对开关带通滤波器模块在400MHz-2.8GHz频段内不能有效滤除二次谐波进行改善，同时对高频宽带信号中产生的杂散进行滤波。低通滤波器模块将频段划分为三段，400MHz-1.2GHz，1.2GHz-2.8GHz和2.8GHz-6.1GHz，各滤波器均采用低通滤波器设计，开关低通滤波器原理框图如图2所示。图2中射频开关通过级联实现，对于信号在2.8GHz-6.1GHz时，宽带通信信号经过低通滤波器模块會产生高达10dB的损耗，为了弥补通路中损失的功率，同样采用宽带放大器进行功率补偿。2方案设计与实现2.1开关滤波器通路开关及放大设计开关滤波器为了实现多频段滤波，采用Hittite公司的SPDT开关HMC270MS8G实现级联，HMC270MS8G器件指标如表1所示。由表可知，HMC270MS8G开关插入损耗在高频时只有1.7dB，且隔离度能够达到45dB，保证了开关在级联时信号损耗较小，隔离度足够大。同时开关输入功率1dB压缩点能够达到20dBm，可以保证本振在输出较大信号时也不会出现功率压缩。为了避免在开关滤波器射频通路中衰减器、开关以及滤波器对输入信号存在较大的损耗，保证宽带通信信号在最终输出端功率满足3GPP要求，需要在射频发通路中进行功率放大从而补偿信号差损。为了实现400MHz-6000MHz宽带信号的功率输出，通过比较，开关带通滤波器模块和开关低通滤波器模块均采用Firsar公司的宽带放大器FGB-1509A宽带放大器进行放大，该器件指标如表2所示。该器件工作频率能够达到9.0GHz，增益达到+15dB，且频响较好，通过该放大器可以保证带通滤波器输出功率大于0dBm，放大器设计电路及增益曲线如图3所示。2.2射频通路带通滤波器设计本方案未采用封装好的集成滤波器，而是采用ADS仿真设计，在降低成本的同时提高整个模块性能指标。对于低频低通滤波器通过LC滤波器实现，设计简单，器件分布参数对指标影响较小。对于高频低频滤波器，本文采用ADS仿真设计出扇形微带滤波器[3]进行滤波。带通滤波器作为开关滤波器设计难点之一，采用带状线结构设计交指型滤波器，增大滤波器带外抑制;采用微带滤波仿真与参数优化技术，提高滤波器性能;众所周知，传统LC带通滤波器设计简单，逼近函数类型多，广泛应用于低频模拟电路。但由于LC器件标称值误差存在，滤波器指标不稳定，一致性较差。尤其在高频时，LC由于分布参数的存在，感抗容抗发生变化，造成信号传输插入损耗变大，带外抑制变差，以及中心频率发生偏移等问题。在本文中，带通滤波器通过采用带状线交指型结构[4]设计，并与PCB设计为一个整体，性能指标稳定。带状线结构由于其结构封闭性，没有辐射，损耗小，带通滤波器在插入损耗和带外抑制上明显优于微带结构。同时由于终端短路式交指型滤波器具有体积小，结构紧凑，带宽大，易于加工和一致性好等优点。此外为了避免外部安装滤波器引起的阻抗不匹配、接地不充分造成的带外自激和差损增大