射频微波滤波器(IV)

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1、第七章射频微波滤波器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(1)工作频率:滤波器的通带频率范围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。这种定义没有考虑插入损耗,工程中较少使用。②插损带宽:满足插入损耗时所测的带宽。这个定义工程中常用。(2)插入损耗:滤波器在系统内引入的损耗。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

2、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和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,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。其他指标(1)阻带频率(2

3、)品质因数(3)关于线性相位群时延线性相位特性可用如下相位响应达到是电压传递函数的相位，p是常数无失真传输的关键：7.1.2滤波器的原理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,即网络具有频率选择性。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Pin和PL分别为滤波器的输入功率和负载吸收功率。频率不同,式(7-1)的数值也不同,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

4、特性都可由低通原型特性变换而来。(7-1)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7-1四种滤波器函数匹配网络、定向耦合器、滤波器中常用两种响应特性，即巴特沃思响应和切比雪夫响应。巴特沃思响应为切比雪夫响应为简单的响应为为等波纹幅度为n阶切比雪夫多项式7.1.3滤波器的设计方法(1)经典方法：即低通原型综合法,先

5、由衰减特性综合出低通原型,再进行频率变换和阻抗变换,最后用微波结构实现电路元件。需结合数学计算软件(如MATLAB等)和微波仿真软件。(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。7.1.4滤波器的四种低通原型滤波器低通原型为电感电容网络。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。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1.巴特沃士已知带边衰减、归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs和归一化截

6、止频率Ωs,可求得元件数n和查得元件值。2.切比雪夫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,同样可求得元件数n和查得元件值。最大平坦式滤波器的衰减与归一化截止频率的关系纵坐标为阻带最小衰减等波纹滤波器的衰减与归一化截止频率的关系（波纹0.5dB）等波纹滤波器的衰减与归一化截止频率的关系（波纹3dB）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，元件数目和值都查表得到。4.高斯多项式在现

7、代无线系统中,会遇到保持频带内群延时平坦的场合。方法同前，需注意电路元件不对称。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。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换,可得到低通、高通、带通、带阻四种实用滤波器。定义阻抗因子为g0为电阻g0为电导1.低通变换低通原型向低通滤波器的变换关系和变换实例如图示。三节巴特沃士原型的Ωc=1,Z0=50Ω,边频fc=2GHz。变换过程为：选择图7-

8、2（b）所示原型,查表7-2可得,g0=g4=1.0Ω,g1=g3=1.0H,g2=2.0F。已知γ0＝50,ωc=2πfc,由图7-5（a）中变换关系计算得L1=L3=3.979nH,C2=3.183pF。图7-5低通原型向低通滤波器的变换关系2.高通变换低通原型向高通滤波器的变换关系和变换实例见图示。三节巴特沃士原型的Ωc=1,Z0=50Ω,边频fc=2GHz,计