设计40M-200M最终设计电路如下图所示:
图 理想电路
RFSim99软件仿真结果如下图所示,上限截止频率为200MHz,下限截止频率为40MHz,带内波动0.5dBm。
图 理想电路的模拟特性
采用初试电路TDK公司的MLG1608系列贴片电感和C1608C0G贴片电容系列,实物电路焊接后使用N9310A信号发生器产生10M-300M频率,0dBm输入功率值大小的信号,并使用N9320B扫频仪进行扫频测试,扫频结果如图所示:
98.8MHz181开始衰减MHz已经衰减了3dBm。然后扫频图显著下降。可见实验结果并不理想。
考虑到铜线内部直流阻抗、负载电容和电路板分布电容的影响,我们需要模拟和消除各种干扰因素。经过多次试验,确认这些都不是扫频图异常的主要原因。然后根据电感datasheet,左图和L值频率特征图如下右所示 :
电感Q频率特性图 电感值L频率特性图
从图中可以看出100nHQ值为400MHz经过快速衰减,电感值随频率的增加而变得不准确。
原因是:通过高频信号号时,由于皮肤效应,导体表面的电流密度变大,中心区域几乎没有电流,导体表面附近的薄管道中的大部分电流,当皮肤深度小于导体半径时,每英寸的电阻与频率的平方根成正比,
可以用公式估算,
由于存在直流电阻,所以更准确。
我们用的TDK电感DATASHEET还提供了电感直流阻抗和交流电阻频率图供参考:
33nH电感交流阻抗Rac 100nH电感交流阻抗Rac
由于33nH电感的直流阻抗为1.2Ω,100nH电感的直流阻抗为3.13Ω,如下图可以看到电感更精确的的Q值-频率图:
我们将上述数据带到软件中RFSIM模拟99中,建立电感模型,最终得到下图所示的模拟电路图:
图中显示结果与实验结果基本一致,通带衰减,175MHz即达到了-3dBm上限截止频率。可以进一步验证贴片电感对电路扫频曲线影响很大。
由于电感材料、电感直径和导线直径可以独立选择,高质量线绕电感(村田)或手绕电感可以大大增加导体的表面积,尽量减少皮肤趋势效应带来的电阻值的影响,从而提高电感的Q值。为了提高滤波器的特性,达到40M-200M带宽需要更换滤波器的电感原件,用高Q值电感更换贴片电感。
从图中可以看出,第二次滤波器的截止频率基本满足要求。滤波器内部相对平坦,内部波动不超过0.6dBM,在20MHz和270MHz衰减分别达到-38.20dBm和-24.84dBm,满足了40M-200M带滤波器的要求。