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1、微波技术第7章射频/微波滤波器 韩宇南•7.1滤波器的基本原理Email:hanyn@mail.buct.edu.cn•7.2集总参数滤波器教材：刘学观、郭辉萍，微波技术与天线(第二版)，西安电子科技大学出版社，西安，2006.•7.3各种微带线滤波器参考书：•7.4微带线滤波器新技术DavidM.Poza，微波工程(第三版)，电子工业出版社,北京，2006.梁昌洪，简明微波，高等教育出版社，北京，2006.廖承恩，微波技术基础，西安电子科技大学出版社，西安，1994.严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失7.1滤波器的基本原理•(2)插入损耗:•7.1.1滤波器的指标 •由于滤波器的介入,
2、在系统内引入的损耗。滤•滤波器的指标形象地描述了滤波器的频率响应特性。波器通带内的最大损耗包括构成滤波器的所有元件下面对这些技术指标做一简单介绍。 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•(1)工作频率:滤波器的通带频率范围,有两种定义方式：为1）。插入损耗限定了工作频率,也限定了使用场•①3dB带宽:由通带最小插入损耗点（通带传输特性的合的两端阻抗。最高点）向下移3dB时所测的通带宽度。这是经典的定•(3)带内纹波:义,没有考虑插入损耗,易引起误解,工程中较少使用。•插入损耗的波动范围。带内纹波越小越好,否•②插损带宽:满足插入损耗时所测的带
3、宽。这个定义比则,会增加通过滤波器的不同频率信号的功率起伏。较严谨,在工程中常用。 •(4)带外抑制:•7.1.2滤波器的原理 •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,•考虑图7-1所示的双端口网络,设从就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。滤波一个端口输入一具有均匀功率谱的信号,器的寄生通带损耗越大越好,也就是谐振电路的二次、三次等高次谐振峰越低越好。 信号通过网络后,在另一端口的负载上吸•(5)承受功率。收的功率谱不再是均匀的,也就是说,网•在大功率发射机末端使用的滤波器要按大功率设络具有频率选择性,这便是一个滤波器。计,元件体
4、积要大,否则,会击穿打火,发射功率急剧下降。1•通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性,即PinPinPLLA=10lgdB(7-1)P滤波器ZL~LOff0•式中,P和P分别为输出端接匹配负载时的滤波器输入OfinL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。 •图7-1滤波器特性示意图表7-1四种滤波器函数 •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 (Butterwo
5、rth),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。 •7.1.3滤波器的设计方法 •滤波器的设计方法有如下两种： •(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
6、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。 2g2gn•7.1.4滤波器的四种低通原型 ……g0g1g3…gn＋1或gngn＋1•下面简要介绍表7-1中四种传输函数滤波器的设计方法。滤波器低通原型为……(n为偶数)(n为奇数)电感电容网络,其中,巴特沃士、切比雪(a)夫、高斯多项式的梯形结构见图7-2,椭g1g3gn……圆函数的电路结构见图7-3。元件数和元g0g2…gngn＋1或gn＋1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(n为偶数)(n为奇数)而不用繁杂的计算公式。 (b)图7-2巴特沃士、
7、切比雪夫、高斯多项式的电路结构表7-2巴特沃土元件图g2gn−1gn……g′g′2n−1g0g1…gn－1gn＋1或gngn＋1……(n为偶数)(n为奇数)(a)g1gn－1gn……g2′g′n−1g0gngn＋1或gn＋1ggn−12……(n为偶数)(n为奇数)(b)图7-3椭圆函数低通原型电路结构•1.巴特沃士 •2.切比雪夫 •已知带边衰减为3dB处的归一化频率•已知带边衰减与波纹指标LAr、归一化Ωc
