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《微波电路课件雷震亚第7章射频微波滤波器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第7章射频/微波滤波器7.1滤波器的基本原理7.2集总参数滤波器7.3各种微带线滤波器7.4微带线滤波器新技术7.1滤波器的基本原理7.1.1滤波器的指标滤波器的指标形象地描述了滤波器的频率响应特性。下面对这些技术指标做一简单介绍。(1)工作频率:滤波器的通带频率范围,有两种定义方式：①3dB带宽:由通带最小插入损耗点（通带传输特性的最高点）向下移3dB时所测的通带宽度。这是经典的定义,没有考虑插入损耗,易引起误解,工程中较少使用。②插损带宽:满足插入损耗时所测的带宽。这个定义比较严谨,在工程中常用。(2)插入损耗:
2、由于滤波器的介入,在系统内引入的损耗。滤波器通带内的最大损耗包括构成滤波器的所有元件的电阻性损耗（如电感、电容、导体、介质的不理想）和滤波器的回波损耗（两端电压驻波比不为1）。插入损耗限定了工作频率,也限定了使用场合的两端阻抗。(3)带内纹波:插入损耗的波动范围。带内纹波越小越好,否则,会增加通过滤波器的不同频率信号的功率起伏。(4)带外抑制:规定滤波器在什么频率上会阻断信号,是滤波器特性的矩形度的一种描述方式。也可用带外滚降来描述,就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。滤波器的寄生通带损耗越大越好,也就是谐振电路的
3、二次、三次等高次谐振峰越低越好。(5)承受功率。在大功率发射机末端使用的滤波器要按大功率设计,元件体积要大,否则,会击穿打火,发射功率急剧下降。7.1.2滤波器的原理考虑图7-1所示的双端口网络,设从一个端口输入一具有均匀功率谱的信号,信号通过网络后,在另一端口的负载上吸收的功率谱不再是均匀的,也就是说,网络具有频率选择性,这便是一个滤波器。图7-1滤波器特性示意图通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性,即式中,Pin和PL分别为输出端接匹配负载时的滤波器输入功率和负载吸收功率。随着频率的不同,式(7-1)的数值不同,这
4、就是滤波器的衰减特性。根据衰减特性,滤波器分为低通、高通、带通和带阻四种。这四种微波滤波器的特性都可由低通原型特性变换而来。(7-1)式(7-1)仅表示某个频率的衰减。为了描述衰减特性与频率的相关性,通常使用数学多项式来逼近滤波器特性。最平坦型用巴特沃士(Butterworth),等波纹型用切比雪夫(Tchebeshev),陡峭型用椭圆函数型(Elliptic)，等延时用高斯多项式（Gaussian）。表7-1给出这四种类型滤波器的基本特性。表7-1四种滤波器函数7.1.3滤波器的设计方法滤波器的设计方法有如下两种：
5、(1)经典方法：即低通原型综合法,先由衰减特性综合出低通原型,再进行频率变换,最后用微波结构实现电路元件。结合数学计算软件(如Mathcad、MATLAB等)和微波仿真软件（Ansoft、MicrowaveOffice等）可以得到满意的结果。下面将重点介绍。(2)软件方法:先由软件商依各种滤波器的微波结构拓扑做成软件,使用者再依指标挑选拓扑、仿真参数、调整优化。这些软件有WAVECON、EAGEL等。购得这些软件,滤波器设计可以进入“傻瓜”状态。7.1.4滤波器的四种低通原型下面简要介绍表7-1中四种传输函数滤
6、波器的设计方法。滤波器低通原型为电感电容网络,其中,巴特沃士、切比雪夫、高斯多项式的梯形结构见图7-2,椭圆函数的电路结构见图7-3。元件数和元件值只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。图7-2巴特沃士、切比雪夫、高斯多项式的电路结构图7-3椭圆函数低通原型电路结构表7-2巴特沃土元件图1.巴特沃士已知带边衰减为3dB处的归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs和归一化截止频率Ωs,则图7-2中元件数n由式（7-2）给出,元件值由表7-2给出。2.切比雪夫已知带边衰减与波纹指标L
7、Ar、归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs和归一化截止频率Ωs,则图7-2中元件数n由式（7-3）给出,元件值由表7-3给出。表7-3切比雪夫元件值表略3.椭圆函数已知带边衰减与波纹指标LAr、归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs和归一化截止频率Ωs,阻带波纹与通带波纹相同,则图7-3中元件数n和元件值由表7-4给出。表7-4椭圆函数元件数和元件值（波纹＝0.1dB）表略4.高斯多项式在现代无线系统中,会遇到保持频带内群延时平坦的场合。也可用图7-2所示低通原型梯形结构实现这样的功能,但电路元件不对称。表7-5是这类滤波器
8、低通原型的元件值。表7-5等延时低通原型元件值保证频带内群延时平坦的代价是牺牲衰减指标。随频率的提高衰减明显增加,延时不变，如图7-4所示。曲线表明,元件数多比元件数少时指标要好些。图7-4最平坦延时型低通原型特性7.1.5滤波器的四种频率变换由低通原型滤波器经过频率变
