射频微波滤波器(1).ppt

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1、成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院1矩形系数矩形系数 l定义为定义为60dB带宽与带宽与3dB带宽的比值，描述滤波器在带宽的比值，描述滤波器在截止频率附近的陡峭程度。截止频率附近的陡峭程度。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院2品质因数品质因数Ql定义：在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均定义：在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均耗能之比。耗能之比。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院31）、有载品质因数）、有载品质因数定义：当功率损耗为外接负载上的功率损耗和滤波器本定义：当功率损耗为外接负载上的功率损耗和滤波器本身的功率损耗总

2、和时，得到的品质因数。身的功率损耗总和时，得到的品质因数。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院4有载品质因数有载品质因数 可以变换可以变换为为成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院5空载滤波器的特征：空载滤波器的特征：成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院6n带宽计算：带宽计算：u品质因数：描述特定谐振电路结构的内在品质因数：描述特定谐振电路结构的内在能耗特征！能耗特征！成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院7u串联谐振电路的三种品质因数串联谐振电路的三种品质因数n外品质因数：外品质因数：成都信息工程学院电子工程学院成都

3、信息工程学院电子工程学院8n品质因数：品质因数：电场和磁场的平均储能相等。电场和磁场的平均储能相等。由由得到储能为得到储能为成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院9外部功率损耗为：外部功率损耗为：得到得到成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院10固有品质因数：固有品质因数：有载品质因数：有载品质因数：成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院11例例 已知已知求：有载品质因数，固有品质因数和外品质因数；信求：有载品质因数，固有品质因数和外品质因数；信号源输出功率；谐振状态下负载吸收的功率；谐振频号源输出功率；谐振状态下负载吸收的功率；谐振频率附

4、近率附近20频带内的插入损耗。频带内的插入损耗。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院12解：谐振频率解：谐振频率外品质因数：外品质因数：固有品质因数：固有品质因数：有载品质因数：有载品质因数：成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院13信号源的最大资用功率信号源的最大资用功率谐振状态下负载得到的功率：谐振状态下负载得到的功率：插入损耗随频率偏移的影响插入损耗随频率偏移的影响成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院14u归一化频率偏差归一化频率偏差也称为相对带宽也称为相对带宽成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院15BW=35

5、0MHz3dB成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院16在微波时滤波器设计遇到的问题在微波时滤波器设计遇到的问题:1、电感和电容很难实现，且必须用近似值；、电感和电容很难实现，且必须用近似值；2、需要用分布参数实现。、需要用分布参数实现。l用一段短路线实现电感用一段短路线实现电感l用一段开路线实现电容用一段开路线实现电容成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院17对于一段短路线对于一段短路线如果选取线长：如果选取线长：Richards变换变换1 Richards变换变换电感时：电感时：电容时：电容时：对于一段开路线对于一段开路线成都信息工程学院电子工程学院成都

6、信息工程学院电子工程学院18l用一段长度为用一段长度为/8，特性阻抗为，特性阻抗为L的短路线的短路线 实现电感。实现电感。l用一段长度为用一段长度为/8，特性阻抗为，特性阻抗为1/C的开路线实现电容。的开路线实现电容。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院192 单位元件单位元件l电长度为电长度为l特性阻抗为特性阻抗为l双端口网络双端口网络成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院203 Kuroda恒等变换恒等变换l采用冗余传输线段，可实现微波滤波器；采用冗余传输线段，可实现微波滤波器；l将串联短截线变换为并联短截线，或者相反；将串联短截线变换为并联短截线，或

7、者相反；l将不能实现的特性阻抗改成较易实现的特性阻抗。将不能实现的特性阻抗改成较易实现的特性阻抗。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院21原始电路原始电路Kuroda规则规则成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院22对第四规则证明：对第四规则证明：左边左边右边右边成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院23因为因为左边左边右边右边成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院244 设计举例设计举例步骤：步骤：1、选择归一化滤波器参数、选择归一化滤波器参数2、用、用/8传输线替换电感和电容传输线替换电感和电容Richards变换变

8、换3、用、用Kuroda恒等变换将串联变换为并联恒等变换将串联变换为并联4、反归一化并选择等效微带线、反归一化并选择等效微带线成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院25l低通滤波器设计低通滤波器设计一、输入、输出阻抗为一、输入、输出阻抗为50，截止频率为，截止频率为3GHz，波纹，波纹0.5dB，频率为，频率为6GHz时损耗大于时损耗大于40dB。1、由要求确定滤波器的节数、由要求确定滤波器的节数N=5，选择，选择型结构。型结构。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院262、再做阻抗变换和频率变换、再做阻抗变换和频率变换成都信息工程学院电子工程学院成都信息工

9、程学院电子工程学院27成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院28成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院292、用微带线实现、用微带线实现用开路线实现电容用开路线实现电容用短路线实现电感用短路线实现电感成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院303、应用、应用Kuroda规则，使串联短路线变为并联开路规则，使串联短路线变为并联开路成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院31成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院32成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院33成都信息工程学院电子工程学院成都信息工

10、程学院电子工程学院34传输线传输线特性阻抗特性阻抗/微带线宽度微带线宽度W/mmW/mmZ Z1 1、Z Z5 5129.3129.30.3820.382Z Z2 2、Z Z4 424247.467.46Z Z3 319.719.79.499.49Z ZUE1UE1、Z ZUE2UE280801.221.22Z ZUE3UE3、Z ZUE4UE481.581.51.171.17Z Z0 050502.752.75用相对介电常数为用相对介电常数为2.7，基板厚度为，基板厚度为1mm的板材实现的板材实现成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院35成都信息工程学院电子工程学院成都信息

11、工程学院电子工程学院36二、输入、输出阻抗为二、输入、输出阻抗为50，截止频率为，截止频率为4GHz，波纹，波纹3dB的低通滤波器，频率为的低通滤波器，频率为8GHz时损耗大于时损耗大于20dB。1、由要求确定滤波器的节数、由要求确定滤波器的节数N=3，选择，选择T型结构。型结构。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院372、用微带线实现、用微带线实现用开路线实现电容用开路线实现电容用短路线实现电感用短路线实现电感成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院383、应用、应用Kuroda规则，使串联短路线变为并联开路规则，使串联短路线变为并联开路成都信息工程学院电

12、子工程学院成都信息工程学院电子工程学院39成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院40三、带阻滤波器三、带阻滤波器1、用、用LC并联谐振电路替代串联电感；并联谐振电路替代串联电感；2、用、用LC串联谐振电路替代并联电容；串联谐振电路替代并联电容；问题：问题：串联电容无法用串联电容无法用/8开路线实现。开路线实现。解决：解决：1、用、用/4终端短路线，输入阻抗为无穷大，等效于终端短路线，输入阻抗为无穷大，等效于LC并联谐振；并联谐振；2、用、用/4终端开路线，输入阻抗为终端开路线，输入阻抗为0，等效于，等效于LC串联谐串联谐振。振。成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子

13、工程学院41l带阻滤波器的映射关系带阻滤波器的映射关系阻带宽度阻带宽度带宽系数带宽系数阻带中心频率阻带中心频率成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院42成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院43l归一化频率归一化频率1映射到阻带的低端截止频率映射到阻带的低端截止频率Ll归一化频率归一化频率1映射到阻带的高端截止频率映射到阻带的高端截止频率Ul归一化频率归一化频率映射到阻带的中心频率映射到阻带的中心频率0成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院44l带阻滤波器设计要求：输入输出阻抗为带阻滤波器设计要求：输入输出阻抗为50，具有最，具有最大平滑特

14、性的大平滑特性的3阶带阻滤波器，中心频率阶带阻滤波器，中心频率4GHz，阻带，阻带宽度宽度2GHz。1、归一化系数、归一化系数成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院452、Richards变换变换用用/4线实现线实现成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院46成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院47成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院48传输线传输线特性阻抗特性阻抗/微带线宽度微带线宽度W/mmW/mmZ Z1 1、Z Z3 3170.7170.70.150.15Z Z2 260.460.42.042.04Z ZUE1UE1、Z ZUE2UE270.770.71.551.55Z Z0 050502.752.75用相对介电常数为用相对介电常数为2.7，基板厚度为，基板厚度为1mm的板材实现的板材实现成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院49