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LC谐振滤波在LoRa射频电路中的应用

硬件设计解析 来源:爱搞研究的阿灿 作者:爱搞研究的阿灿 2023-04-03 17:11 次阅读

一、LC谐振频率计算以及仿真

LC谐振频率计算公式:9068f6fe-d1ff-11ed-a826-dac502259ad0.png
  ①在LoRa射频电路中,LC谐振电路常用来滤除二次和三次谐波,以下为LoRa射频参考电路:

90834f36-d1ff-11ed-a826-dac502259ad0.png


  LoRa二次谐波主要靠红圈位置电容电感并联产生的谐振频率来滤除,9.5nH和3.0pF并联谐振频率计算:

90acafe8-d1ff-11ed-a826-dac502259ad0.png


  并联谐振电路以及S参数仿真图如下:

90ee269e-d1ff-11ed-a826-dac502259ad0.png


  并联谐振产生的插损(<-30dB)带宽在15M,带宽范围比较窄,在调试过程中,尽量让谐振频率落在LoRa频段(例如470M~510M)二次谐波开始位置,也就是470M二次谐波940M位置,如果谐振频率太靠前会导致510M二次谐波偏高,可能会通过后续滤波进行压制;太靠后会导致470M谐波偏高,而且该位置谐波突变比较大,基本没有有效的方法进行压制。
  ②通过左右两侧并联电容(C8,C9)来进一步提高对谐振频率右侧的压制,并减小LoRa频段(470MHz)的回波损耗,S参数仿真图如下:

9111bb5e-d1ff-11ed-a826-dac502259ad0.png


  在实际调试中,增大两个并联电容会提高LoRa的发射功率,但同时也会恶化二次谐波,所以在调试过程中进行折中考虑,保证两者都符合测试标准。
  ③电感(L4)和电容(C7)并联构成一个低通滤波,来抑制高次谐波,S参数仿真图如下:

913624c6-d1ff-11ed-a826-dac502259ad0.png


  应用到射频通路中的S参数仿真图如下:

9158a712-d1ff-11ed-a826-dac502259ad0.png


  ④但是在实际调试过程中以上射频电路无法达到预期的调试结果,二次谐波还会有超标的情况,这就会在射频开关之后增加一级滤波来抑制二次谐波,但同时会增加射频通路的回波损耗,降低发射功率。
  以上只是理想状态下的仿真结果,仅做参考,下图为LR36实际调试后结果:

917bd26e-d1ff-11ed-a826-dac502259ad0.png


  上图可以看出LC谐振频率在940M左右,940M之前频率谐波变化较大,所以调试过程中需要注意谐振频率的选择。

二、开发总结

1、电感(L3)和电容并联产生谐振频率来压制二次谐波;
  2、调整并联电容(C7、C8、C9)来微调功率和谐波,根据实际测试,C8,C9对发射功率影响比较大;
  3、电感(L4)对高次谐波的抑制不明显,电容(C6)也会参与匹配加隔直作用,但增大或减小匹配效果也不明显,所以这个两个器件基本不会进行调试;
  4、如果谐振频率对二次谐波抑制较差,可尝试在射频开关之后增加一级滤波进一步抑制二次谐波;

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审核编辑黄宇

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