微波滤波器的应用解析课件.ppt

微波滤波器的应用是雷达系统，通信系统，测量系统等系统中最常见的元器件之一，性能优劣往往直接影响到整个通信系统的质量。常见参数插入衰减（IL）：传输功率PL与输入功率PIN之比，|IN|为输入端的反射系数 纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。带宽（Bandwidth）：通带内对于3dB衰减量的上边频与下边频的频率差阻带抑制（stopband）：通常以60dB作为阻带抑制的设计值 品质因数（Q值）：谐振回路中，平均储能与一个周期内平均耗能之比。Q值描述了滤波器的频率选择性，Q越高，带宽越窄，谐振曲线越尖锐，频率选择能力越强。各种品质因素的关系为：式中总功耗（对应有载品质因素 QLD）包含滤波器的功耗（对应无载品质因数 QF）及外界负载的功耗（对应外部品质因素 QE）QF 越高，插入损耗 IL 越低。微波滤波器的分类微波滤波器的分类微波滤波器的分类巴特斯沃函数：也叫最大平坦响应函数 切比雪夫函数椭圆函数眼熟！微波滤波器的分类LC滤波器在通信系统中一般用于基带和中频电路，是最基础的微波滤波器。一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要分为两大类：调谐滤波器和高通滤波器。调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波，该 谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率。LC滤波器高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减低于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截止频率。优点：成本低、插入损耗小。缺点：当工作频率较低时，所需要的电感和电容数值都很大，使得滤波器的体积和重量大。不易集成化。工作频率较高时，小电感不易制作，且分布参数影响难估计，调整困难。微带线滤波器射频和微波电路中最常用优点：(1)尺寸小，易于加工;(2)可以采用不同的衬底材料而改变频率 的范围；(3)易于跟其他电路集成，在平面制图 和制版上非常方便常见类型：1.半波长平行耦合微带线带通滤波器 优点：结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适用频率较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。缺点：插损较大，滤波器在一个方向上占用了较大空间。微带线滤波器2.发夹型滤波器 是由发夹型谐并排耦合振器而成，与平行耦合带通滤波器相比，结构更紧凑，信号输入输出方式可采用抽头式和平行耦合方式。微带线滤波器3.交指型滤波器 由两个平行耦合线谐振器阵相互交叉组成的结构 具有良好的带通滤波器特性：它的谐振器波长近 似等于1/4 0，第二通带中心在3w0，其间不会有 寄生响应。它在w=0和w=w0 的偶数倍上具有高次 衰减极点，故阻带衰减和截止率都较大。有终端短路和终端开路两 种形式，前者适于窄带，后者适于宽带。微带线滤波器4.微带类椭圆函数滤波器 相比前几种，它通过在带外引入衰减极点，能明显改善滤波器的带外特性，有更好的电特性。在超导状态，由于导体薄膜的Q值很高，该种滤波器具有较高选择性和较低的插损。微带线滤波器腔体滤波器腔体滤波器由谐振腔、调谐螺钉等组成，与其他性质的滤波器比较，它的结构牢固，性能稳定可靠，体积小，Q值适中，高端寄生通带较远而且散热性能好，可用于较大功率和频率，来滤除带外强干扰信号。常见腔体滤波器有，同轴腔，波导腔，介质腔等。同轴腔体滤波器 具有电磁屏蔽特性和高Q值、低损耗、尺寸小等特性，但要在10GHz以上使用时，由于其微小的物理尺寸，制作精度很难达到。腔体滤波器螺旋谐振腔：新型腔体结构，它可提供高频的谐振回路，解决甚高频高质量的窄带滤波技术难题。螺旋滤波器：采用螺旋谐振器来实现耦合谐振器滤波器中的并联谐振回路。螺旋谐振器：螺旋谐振器类似一 个 1/4波长的同轴线谐振器。由 于电场、磁场全部被金属表面限 制在腔内，故没有辐射损耗。由于高频电流的趋肤效应，谐振 器流过高频电流的金属表面是 扩展开了的，金属损耗也很小，品质因数很高，约在1000左右。腔体滤波器传输线滤波器的一种，一般的，波导滤波器由不连续处和传输线段组成。两者都可以等效为相应的集总参数元和电路，波导不连续结构提供等效电抗，传输线段等效谐振腔等。波导滤波器（waveguide filter）波导滤波器（waveguide filter）优点：采用高Q值结构设计，在大功率和高频段的天馈系统中应用广泛，具有较低的插损，良好的通带驻波特性和较高的带外衰减，温度稳定性好，特别适合于窄带应用。缺点：在同频率滤波器中尺寸较大。声表面（SAW）波滤波器利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应的性质做成的。压电效应，即是当晶 体受到机械作用时，将 产生与压力成正比的电 场的现象。具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。声表面（SAW）波滤波器特点：（1）频率响应平坦 （2）体积小，质量轻，一致性好，便 于批量生产。（3）品质因数和带阻高，广泛应用于 射频前端和中频系统缺点：插损一般较大，难于集成，同时在高 频下难以处理大功率，一般用于2GHz 以下的无线通信系统中。陶瓷介质滤波器用微博陶瓷介质按照TM、TEM等模式要求制成的圆柱。圆环等形状的介质谐振器，再按微波网络传输原理用电容集总参数和分布参数耦合而成。核心元件：压电陶瓷振子（关键材料：压电陶瓷材料）特点：性能优良，插损小，有较高的功率承受能力，可与天线、开关集成，价格低廉。陶瓷介质滤波器缺点：体积大，形状因子与品质因数较小，较难用于多带多功能3G移动通信系统。SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器随着无线通信的发展，信号间的频带越来越窄，要求信号相互影响越小，对于滤波器的要求也越来越高。如何实现滤波器的小型化、高选择性、宽阻带成为滤波器的主要研究方向。阶跃阻抗谐振器(SIR)是由两个以上具有不同特性阻抗的传输线组合而成的横向电磁场或准横向电磁场模式的谐振器。4型SIR是其中最具吸引力的一种形式。它既能减小滤波器尺寸，又能通过调节阻抗比来很好控制杂散频率，实现滤波器小型化和宽阻带的要求。梳状线形式的滤波器由于一端的电容加载，缩短了滤波器的谐振器的尺寸。交叉耦合滤波器成为近20年的研究热点，由于其有限处的传输零点可以任意设置，最多可以设置与滤波器阶数一样多的传输零点数目，最大限度地提高了滤波器的带外抑制能力.