射频微波滤波器幻灯片.ppt

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1、射频微波滤波器1第1页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计-基本思想 所所有有近近似似设设计计方方程程的的精精度度都都随随着着设设计计带带宽宽的的增加而恶化，其主要表现有：增加而恶化，其主要表现有：（1 1）通通带带内内电电压压驻驻波波比比的的波波动动超超过过设设计计值值，特特别别是在截止频率附近；是在截止频率附近；（2 2）实实际际制制作作的的滤滤波波器器的的带带宽宽以以无无法法预预知知的的状状况况偏离指定的设计带宽。偏离指定的设计带宽。2第2页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计-基本思想 本本节节的的设设计计方方法法消消除除了了上上

2、述述的的第第（2 2）个个困困难难，使使得得实实际际的的和和设设计计的的带带宽宽基基本本相相同同，并并且且在在很很大大程程度度上上使使电电压压驻驻波波比比的的波波动动也也很很接接近近于于设计的要求。设计的要求。3第3页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计-基本思想 在在微微带带带带通通滤滤波波器器的的近近似似设设计计方方法法中中，如如果果把把集集中中元元件件原原型型的的元元件件值值在在中中心心频频率率上上用用微微波波元元件件实实现现，则则得得到到窄窄带带近近似似设设计计方方程程。如如果果在在中中心心频频率率和和带带边边频频率上用微波元件实现，则得到宽带近似设计方程。

3、率上用微波元件实现，则得到宽带近似设计方程。4第4页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计微带半波长平行耦合滤波器设计-辅助方程与参数辅助方程与参数5第5页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计微带半波长平行耦合滤波器设计-辅助方程与参数6第6页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计微带半波长平行耦合滤波器设计-辅助方程与参数辅助方程与参数7第7页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计设计方程8第8页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计设计方程9第9页，共28页，

4、编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计步骤（1 1）根根据据滤滤波波器器的的通通带带和和阻阻带带的的衰衰减减指指标标，选选择择出出适当的归一化低通原型。适当的归一化低通原型。（2 2）计算表）计算表5-45-4所列各参数。所列各参数。（3 3）计计算算表表5-55-5的的阻阻抗抗矩矩阵阵元元素素和和各各耦耦合合线线段段的的偶偶模及奇模阻抗。模及奇模阻抗。10第10页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计步骤（4 4）根根据据偶偶、奇奇模模阻阻抗抗决决定定耦耦合合微微带带线线的的尺尺寸寸（宽宽度度和间距）。和间距）。（5 5）按式）按式1 1决定耦合区的长

5、度。决定耦合区的长度。（6 6）根根据据微微带带线线开开路路端端的的边边缘缘电电容容，对对上上述述耦耦合合区区的的长度进行修正。长度进行修正。11第11页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计微带半波长平行耦合滤波器设计-耦合区的长度耦合区的长度 耦耦合合区区（段段）的的长长度度的的标标称称值值为为四四分分之之一一波波导导波波长长。在在耦耦合合微微带带线线的的情情况况下下，由由于于偶偶模模和和奇奇模模的的相相速速不不同同，因因此此在在选选择择耦耦合合区区的的长长度度时时要要选选用用二二者者（四四分分之之一一偶偶模模波波长长和和四四分分之之一一奇奇模模波波长长）之之间间

6、的的某某一一个个数数值：值：式式中中：f f0 0是是通通带带中中心心频频率率，0 0是是其其对对应应的的自自由由空空间间波长，波长，c c0 0是自由空间光速。是自由空间光速。（1）12第12页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计微带半波长平行耦合滤波器设计-耦合区的长度耦合区的长度其中其中式式中中 (v(vp p/c)/c)e e和和(v(vp p/c)/c)o o分分别别是是每每个个耦耦合合段段的的偶偶模模和和奇奇模模的相对相速，可由公式算出和用图表查出。的相对相速，可由公式算出和用图表查出。一般限一般限y y 0.25 0.25，可给出较好的结果。，可给出较

7、好的结果。在在设设计计时时，还还应应当当考考虑虑半半波波长长开开路路谐谐振振器器在在两两个个开开路路端端上上的的边边缘缘电电容容。对对这这个个边边缘缘电电容容，可可以以减减小小谐谐振振器器的长度来补偿。的长度来补偿。（2）13第13页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例设计微波带通滤波器，其指标是：设计微波带通滤波器，其指标是：中心频率：中心频率：f0=5.0千兆赫（千兆赫（GHz）通带宽度：相对带宽通带宽度：相对带宽 ，或，或 MHz通带衰减：等于或小于通带衰减：等于或小于0.1dB。阻带衰减：在阻带衰减：在4.75GHz频率上至少有频率上至少有20dB的衰减

8、。的衰减。端接条件：两端均为端接条件：两端均为50 的微带线（的微带线（ZA=ZB=50）14第14页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例（1）确确定定低低通通原原型型：选选用用0.1分分贝贝波波纹纹的的切切比比雪雪夫夫原原型型。该低通原型滤波器的阶次该低通原型滤波器的阶次n，可以利用变换式，可以利用变换式 在在本本例例情情况况下下，BW=0.25GHz，f0=5GHz，f=4.75GHz，由此得到，由此得到 查出，查出，n=4。归一化低通原型的元件值为：。归一化低通原型的元件值为：g0=1，g1=1.1088，g2=1.3061，g3=1.7703，g4=0.

9、8180，g5=1.355415第15页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例（2）计算表）计算表5-4所列各参数：所列各参数：16第16页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例滤波器采用对称的耦合微带线结构，因此两末端选择滤波器采用对称的耦合微带线结构，因此两末端选择17第17页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例（3）计算表）计算表5-5中阻抗矩阵元素和偶、奇模阻抗：中阻抗矩阵元素和偶、奇模阻抗：18第18页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例各耦合段的偶、奇模阻抗的

10、计算结果列于表各耦合段的偶、奇模阻抗的计算结果列于表5-6中。中。表表5-6 各耦合的偶、奇模阻抗计算值各耦合的偶、奇模阻抗计算值19第19页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例选用选用 r=8.8的陶瓷材料作为微带滤波器的基片，其厚度的陶瓷材料作为微带滤波器的基片，其厚度h=0.7毫米，根据表毫米，根据表5-6的数据，可计算出各耦合微带线的尺寸，如表的数据，可计算出各耦合微带线的尺寸，如表5-7。20第20页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例（5）决定每个耦合区的长度：首先需计算每个耦合区）决定每个耦合区的长度：首先需计算每个

11、耦合区的偶、奇模相速，然后根据式（的偶、奇模相速，然后根据式（2）计算）计算V值，最后按值，最后按式（式（1）算出每个耦合区的标称长度。每个耦合区的偶、）算出每个耦合区的标称长度。每个耦合区的偶、奇相速可以利用下图近似估计出来。奇相速可以利用下图近似估计出来。21第21页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例耦合区的奇偶模相速22第22页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例（6）边边缘缘电电容容的的修修正正：具具有有开开路路终终端端的的每每条条微微带带线线应应减减小小的的长长度度 lk1,k，可可从从（3）算算出出。对对于于第第1和

12、和5耦耦合合区区，l01=l45=0.36h=0.252毫毫米米，其其余余耦耦合合区区长长度度的修正量为的修正量为 l12=l23=l34=0.38h=0.266毫米。毫米。e为微带线有效介电常数。为微带线有效介电常数。（3）23第23页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例由此得所设计的半由此得所设计的半波长开路谐振器平波长开路谐振器平行耦合滤波器的结行耦合滤波器的结构尺寸的汇总表，构尺寸的汇总表，其标注如右图。其标注如右图。24第24页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例实际制成的该滤波器的实物照片如图实际制成的该滤波器的实物照

13、片如图5-31所示。所示。图图5-31 例示的半波长谐振器平行耦合滤波器的实物照片例示的半波长谐振器平行耦合滤波器的实物照片25第25页，共28页，编辑于2022年，星期五微带半波长平行耦合滤波器设计实例测试频率特性。测试频率特性。26第26页，共28页，编辑于2022年，星期五发夹型滤波器 半半波波长长微微带带谐谐振振器器平平行行耦耦合合滤滤波波器器的的优优点点是是结结构构简简单单，制制作作容容易易，但但频频率率较较低低时时占占用用基基片片面面积积大大。在在低低频频应应用用时时，缩缩小小基基片片占占用用面面积积的的途途径径有有二二，一一是是用用高高介介电电系系数数的的基基片片，二二是是把把平平行行耦耦合结构改为图示发夹型结构。合结构改为图示发夹型结构。27第27页，共28页，编辑于2022年，星期五发夹型滤波器 5级级契契比比雪雪夫夫型型滤滤波波器器，工工作作频频率率905MHz，基基片片厚厚度度2mm，相相对对介介电电系系数数为为80，损损耗耗正正切切约约0.0002。在在40MHz带带宽宽范范围围内内，插插入入损损耗耗、反反射射损损耗耗分分别别优优于于3dB和和17dB。28第28页，共28页，编辑于2022年，星期五