电视接收天线VUHF频段LC合路器设计与仿真

卢绍飞

摘要：以低通滤波器和高通滤波器为基础设计异频合路器，设计了一种2路小型化LC合路器，采用LC分离元件设计的合路器，重量轻且空间占用小，利用電路元件代替天线形式的滤波功能。通过Agilent公司的先进设计系统（ADS）软件对合路器电路模型进行仿真设计与优化，仿真结果表明该合路器各端口匹配良好，插入损耗低，隔离度高，且结构简单，体积小，电路的稳定性和性能指标比机械元件的稳定，满足工程设计的需求，具有很高的工程应用价值。

关键词：滤波器;合路器;LC;高通;低通;VHF;UHF

合路器是现代无线和移动通信系统收发信机中的关键部件，一般有两个或多个输入端口，只有一个输出端口。端口隔离度是一个比较重要的指标，用于描述两路信号互不影响的能力，一般要求在20dB以上。在电视天线接收系统中，将几种不同频段的（如170MHZ～230MHZ与470MHZ～862MHZ）输入输出信号通过合路器合路后，用一根同轴馈线与电视连接，这样同时可以接收多个频段电视信号，实现一副电视天线可以接收多个频道。合路器既可以用于发送端，也可以应用于接收端。电视天线一般采用偶极子或折叠形振子，是对称平衡结构，接收信号为平衡的，其输入阻抗为75欧姆。

目前，合路器有采用微带或者腔体结构，然而对于VHF及UHF频段，相应波长较长，如果使用微带合路器或者腔体合路器，其结构尺寸大，且重量重，不便于应用，而LC合路器可以做到体积小，重量轻，易于集成，成本低，设计灵活等优势，因此这种结构组成合路器具有很好应用与发展。

VHF及UHF频段LC合路器结构简单，性能指标良好，可根据需要灵活调整印制板，便于系统集成。 LC合路器包括高通滤波电路，低通滤波电路，高通滤波电路的输出端和低通滤波电路的输出端相连作为公共接口，低通滤波电路的输入端相连作为低通信号接口，高通滤波电路的输入端为高通信号接口，通过LC无耗器件实现插入损耗小，利用滤波器带外抵制实现端口之间隔离，达到很高隔离度。

本文设计2路异频VHF和UHF频段的LC合路器，它是由1个低通滤波器和1个高频滤波器并在1个合路端口共用构成。使用ADS仿真软件对合路器电路模型进行仿真优化，仿真优化达到了设计指标。

1 设计指标

根据某工程的设计需求，制定合路器的技术指标如表1所示。

2 滤波器设计

根据指标要求，选取带内波纹为0.1dB的5阶Chebyshev低通及高通滤波器，通过使用ADS 滤波器设计向导（DesignGuide---Filter）分别设置低通滤波器各项参数（源阻抗Source：75Ω、负载阻抗Load： 75Ω、通带Fp：230MHz、阻带Fs：470MHz、带内波纹Ap：0.1dB、带外抑制As：30dB，响应类型：Chebyshev）;高通滤波器的各项参数（源阻抗Source：75Ω、负载阻抗Load： 75Ω、通带Fp：470MHz、阻带Fs：230MHz、带内波纹Ap：0.1dB、带外抑制As：30dB，响应类型：Chebyshev），点击Design按钮即可得到低通及高通滤波器原型及初始值，如图2、3所示：

直接利用ADS软件仿真设计优化得到原型及初始值，既避免了烦琐的数学计算，又避免了理论计算结果不能完全适合实际电路的情况。

3 整体电路模型与仿真分析

通过上面的设计分析，将设计好的低通滤波器和高通滤波器合并，得到如图4所示整体电路图。从图中可以看出，1路从低通滤器端口1输入，另1路从高通滤器端口2输入，最后两路汇合从端口3输出。

初步合并仿真其效果不符合设计要求，经过ADS自带优化功能及调谐优化后，最终效果满足设计要求。电路优化后并经打板验证后其各元件参数值如表2所示，电路优化后的S参数结果如图5所示。在170～230MHz和470～862MHz两个工作频带内插入损耗<0.1dB，回波损耗≥20 dB，带外抑制≥40 dB（@470～862MHz）、≥35 dB（@170～230MHz），隔离度≥40 dB（@470～862MHz）、≥35 dB（@170～230MHz），达到了设计指标。另外，由互易性可得反向S参数。

4 结 论

本文结合低通滤波器和高通滤波器选频特性，用ADS设计了一款2路异频VHF、UHF频段的LC合路器，利用ADS滤波器设计向导设计出低通及高通滤波器原型再组合仿真优化，避免烦琐的数学计算，提高设计效率及准确性。文中给出了该合路器的电路模型和仿真结果，表明了该合路器性能优越，设计方法简单，可制作成本低，适用于电视接收天线高低频信号合路，以及适用一些频率低，频带宽和需要同时合成异频的通信系统。

参考文献：

[1] 荣二，森，培鼎.LC 滤波器设计与制作[M].北京： 科学出版社，2006： 13-48.

[2] 孔 博，叶 强.VHF频段高通低通型 LC合路器的研制[J].电子器件，2015，38（1）：36-66.

[3] Advanced Design System 2005 user’s guide，2005 ， Agilent Technologies.