现代滤波器设计讲座

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1、现代滤波器设计讲座（一）微波滤波器综合技术电子科技大学贾宝富博士序言随着现代通讯系统的快速发展，无线电频谱也变得越来越拥挤。无线电通讯系统对微波滤波器的要求也越来越高。除了要求微波滤波器具有高选择性之外，还对通带内群时延和幅度的一致、滤波器的功率容量、滤波器的温度稳定性和无源交调等都提出了越来越高的要求。最近几十年里，滤波器设计技术也随着通讯技术的进步不断发展。特别是广义切比雪夫滤波器综合技术的问世，为高性滤波器滤波器设计带来了曙光。大纲滤波器基本概念微波滤波器概述腔体滤波器基本结构及特点；腔体滤波器的

2、基本理论；广义切比雪夫滤波器设计方法；滤波器基本概念什么是滤波器？在电路系统中能够有选择的使某些频率的信号通过或截止的器件被称作滤波器。根据选通或阻止信号的频率范围，滤波器可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器。如果，通带的相对带宽超过20%，则称该滤波器为超宽带滤波器。根据滤波器功率转移函数所用逼近函数的类型，滤波器又可分为布特沃思、切比雪夫、广义切比雪夫和椭圆函数滤波器。根据滤波器结构，微波滤波器又可分为LC、平面结构、波导、梳状、介质、LTCC和微机械结构滤波器。滤波器概念简介滤波器是通信系统中常用

3、的重要器件，它对信号具有频率选择性，在通信系统中通过或阻断、分开或合成某些频率的信号。滤波器主要类型-1通常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性:P(dB)inL=10lgAP式中，和分别为输出端接匹配负载时滤波器输入功率和负载吸收功率。L根据衰减特性不同，滤波器通常分为低通、高通、带通和带阻滤波器。低通带通带阻高通滤波器主要类型-2功率转移函数()1[(2)]Lω=10lg=10lg1+PωA21−Γ(ω)实用中，最广泛使用的逼近函数有三种，相应的滤波器称为：最平坦型（Butterworth）、等波纹型(Che

4、byshev)和椭圆函数型。滤波器主要技术指标中心频率（fo）：滤波器通带/阻带的中心频率fo,一般取fo=(f1+f2)/2。其中，f1、f2分别为通带/阻带的起始和终止频率。通带带宽（BW）：指低于给定插入损耗的连续频谱宽度，BW=(f2-f1)。高、低通则以给定插入损耗的截止频率f来表征滤波器通带宽度。插入损耗（Loss）：滤波器传输频率范围内的损耗值。滤波器主要技术指标通带纹波（Ripple）：即通带内信号幅度的起伏程度，通常指最大值和最小值之差。带内驻波（VSWR）/回波损耗：滤波器在通带范围内

5、的反射。带外抑制（或阻带衰减）：即对不需要信号的抑制能力，一般希望尽可能大，并在通带范围内陡峭的下降。有时，取通带外与通带内某一衰减值的带宽比值作为带外抑制的指标。这一指标被称作矩形系数。滤波器主要技术指标寄生通带：为滤波器特有的指标。由于分布参数频率相关的周期性，使得在设计通带一定距离处又产生了通带（各通带中心频率之间呈整倍数关系），即寄生通带。群时延：指信号通过滤波器所需要的时间，数值上为传输相位对角频率的导数，即Td=-dφ/dω。相位一致性：该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。相位线

6、性度要求越高，滤波器的阻带抑制度越差。因而该指标通常在传输脉冲、或调相信号时才被重点提出。滤波器主要技术指标功率容量：指在给定大气压强或海拔高度条件下，滤波器可以承受的最大输入功率。输入/输出阻抗：指在滤波器输入、输出端，应当接的最合适的阻抗。接头形式：指在滤波器输入、输出端的接头类型。工作温度：指在滤波器满足给定指标的温度范围。储存温度：指在滤波器在储存和运输过程中允许的温度范围。体积：基本的概念说明插入损耗：定义为传输电平除以入射电压取对数再乘以20，以dB表示。是我们无失真传输的关键之一。VΔt

7、ransmitted插入损耗=−20logVincident关于通过无源线性器件无失真的传输有两个关键问题。首先，器件的幅度响应在使用的带宽内为固定值。这意味着在带段内的所有信号的衰减是恒等的。其次，器件的相位响应在同样的带宽内必须是线性的。如下图所示。无失真传输的关键图BandwidthBandwidthφMagnitudeConstantAmplitudeLinearPhase无失真传输的关键基本的概念说明带外抑制：用来表征滤波器抑制带外所有信号的性能。它正比于系统的信噪比以及误码率（BER）。插入相位：通

8、过一个无源线性器件无失真传输的第二个关键是器件在所用带宽内的相位频响必须是线性的。由滤波器引起的任何非线性相位频响将引起信号失真。插入相位是在指定的频率上，通过器件的相对相位移。它与频率有关，是电长度的函数。表示器件相频特性非线性的第二种方法是群延迟。而相位斜率技术是一种简单而精确的测量群延迟的方法。它是一种静态或连续波技术。通过测量两个相近间隔频率（孔径