在电子工程领域，尤其是无线通信和射频技术中，滤波器是至关重要的组件，用于选择性地允许特定频率范围内的信号通过，而抑制其他频率。本案例关注的是一个中心频率为2.45GHz的微带带通滤波器，采用FR4材料作为基板，设计为平行耦合线结构。这种滤波器的设计和实现涉及到多个关键知识点，接下来我们将详细探讨。 **中心频率2.45GHz** 是滤波器的工作频率，它位于微波频段，常见于Wi-Fi、蓝牙等无线通信系统。设计时需要确保滤波器在此频率具有最高的传输效率和最小的损耗。 **FR4材料** 是一种常见的印制电路板（PCB）材料，具有稳定的介电常数（4.4）和低损耗特性。**介电常数** 决定了信号在介质中的传播速度，而**损耗角正切（tan δ）0.02** 表示信号能量在传播过程中的损失程度。FR4的这些参数使得它成为射频和微波应用的理想选择，特别是对于成本敏感的项目。 **介质板厚度1mm** 对滤波器的性能也有重要影响。厚度决定了电磁场的分布和滤波器的物理尺寸，同时影响着谐振器的品质因数（Q值）。Q值越高，滤波器的选择性越好，但过高的Q值可能导致带宽过窄。 **平行耦合线结构** 是滤波器的一种设计，其中两条平行的微带线互相靠近，通过电场耦合实现信号的传递。这种结构可以实现带通响应，允许特定频率范围内的信号通过。耦合强度可以通过改变线间距、线宽和介质层厚度来调整，从而控制滤波器的带宽和通带特性。 在设计过程中，**ANSYS HFSS** 是一款强大的三维电磁场仿真软件，用于模拟微波器件的行为。2021 R2版本提供了先进的求解器和优化工具，帮助工程师精确预测滤波器的性能，包括S参数、插入损耗、带宽和阻带特性等。 在实际应用中，设计微带带通滤波器还需要考虑以下几点： 1. **阻带性能**：除了通带外，滤波器应有效地阻止不需要的频率信号。 2. **温度稳定性**：由于FR4的介电常数随温度变化，滤波器设计需考虑温度影响。 3. **制造工艺**：实际生产中，必须考虑到PCB的加工精度和误差，以及贴装元件的影响。 这款中心频率为2.45GHz的FR4微带带通滤波器，通过平行耦合线结构实现其功能，是无线通信系统中必不可少的部件。设计时需要综合考虑材料参数、结构参数和仿真工具，以达到理想的滤波效果。

纺织天线的开发是朝着打造智能服装这一目标迈出的重要一步。 在本文中，我们报告了为E波段（约2.45 GHz）设计的基于牛仔裤的圆极化纺织天线。 我们介绍了设计的三种变体以及相应的结果。 该天线包括多层牛仔裤织物作为基底，导电织物作为贴片，其被另一层牛仔裤遮盖，并且接地层由铜箔或另一种导电织物形成。 选择了多层结构以提供更宽的带宽和更好的效率，而天线的上表面又覆盖了一层牛仔裤，以使天线在戴在手臂上时不那么明显，并保护贴片和机械损伤和湿气损坏基材。 所有这三个变体的特点是，在约2.45 GHz的频率下具有约3 dB的良好实现增益，宽的波束宽度和21％或更高的宽带宽，辐射效率约为36％，前后比为5 dB或更好，接地平面仅比贴片大一点。

为了在更高的电源电压下工作，并便于匹配网络的设计，电路采用两级共源共栅架构。采用自偏置技术放宽功放的热载流子降低的限制并减小采用厚栅晶体管所带来的较差的射频性能。同时使用带隙基准产生一个稳定且独立于工艺和温度变化的直流基准。采用SMIC 0.18 μm RF CMOS工艺进行设计，该功率放大器的中心工作频率为2.45 GHz，并利用Cadence公司的spectreRF进行仿真。

 为实现对低功耗负载的微波供电，设计了应用于2.45 GHz的微带整流天线。在接收天线设计中，引入了光子晶体（PBG）结构，提高了接收天线的增益和方向性；在低通滤波器部分引入了缺陷地式（DGS）结构，以相对简单的结构实现了2.8 GHz低通滤波器特性；最后通过ADS软件设计得出了用于微带传输线与整流二极管间的匹配电路。将接收天线、低通滤波器和整流电路三部分微带电路进行整合，完成整流天线的设计。通过实验测试，该整流天线的增益为4.29 dBi，最高整流效率为63%。通过引入光子晶体结构和缺陷地式结构，在保证整流天线增益和整流效率的基础上，有效地减小了天线的尺寸，简化了设计方法。

提出了一种高效的2.45 GHz低输入功率微带整流电路，它可以有效地吸收低输入射频能量。该整流电路主要由一个倍压二极管BAT15-04W、开路枝节匹配电路和谐波抑制电路组成。所用的倍压二极管BAT15-04W是一个适用于低输入功率能量收集的低功耗肖特基贴片二极管。

提出了一种高效的2.45 GHz低输入功率微带整流电路，它可以有效地吸收低输入射频能量。该整流电路主要由一个倍压二极管BAT15-04W、开路枝节匹配电路和谐波抑制电路组成。所用的倍压二极管BAT15-04W是一个适用于低输入功率能量收集的低功耗肖特基贴片二极管。开路枝节匹配电路用于将整流电路匹配到50 Ω。谐波抑制电路则是用于转换效率的优化设计。

2.45GHz矩形微带贴片

为了实现低噪声放大器（LNA）同时实现低噪声、高增益及高线性度的目的，采用了偏置电路、最小噪声匹配及最大输出增益匹配相结合的方案。ATF54143工作在（3 V，60 mA）使其具有极高线性度，整体电路由ADS优化。实物测试结果显示，放大器各项指标达到要求并具有低噪声、高增益、线性度好等特点。该放大器可应用于S波段无线局域网等相关领域，具有很好的实用价值。

为了在更高的电源电压下工作，并便于匹配网络的设计，电路采用两级共源共栅架构。采用自偏置技术放宽功放的热载流子降低的限制并减小采用厚栅晶体管所带来的较差的射频性能。同时使用带隙基准产生一个稳定且独立于工艺和温度变化的直流基准。采用SMIC 0.18 μm RF CMOS工艺进行设计，该功率放大器的中心工作频率为2.45 GHz，并利用Cadence公司的spectreRF进行仿真。仿真结果显示，在3.3 V工作电压下，最大输出功率为30.68 dBm，1 dB压缩点处输出功率为28.21 dBm，功率附加效率PAE为30.26%。所设计的版图面积为1.5 mm×1 mm。

毕业论文2.45GHz低噪声射频功率放大器的设计