射频微波滤波器.pptVIP

第七章 射频微波滤波器 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 ① 3 dB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3 dB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) 品质因数 (3) 关于线性相位 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。 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特性都可由低通原型特性变换而来。 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）。 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。 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。 1. 巴特沃士 已知带边衰减、归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs和归一化截止频率Ωs,可求得元件数n和查得元件值。 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。 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。 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 变换过程为：选择图7-2（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。  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,计算结果见图7-6(b)。 3. 带通变换 低通原型向带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,通带FBW=1～2 GHz。 7.1.6 滤波器的微波实现 四种射频/微波滤波器的实现方式有集总元件L-C型和传输线型。所用微波传输线基本结构有波导、同轴线、带状线和微带等。用传输线实现电感、电容值只能是近似的。加工误差、表面处理、材料损耗等因素迫使射频/微波滤波器的研发必须有实验调整。  实现滤波器的基本单元是谐振器。有微带谐振、腔体谐振、介质谐振等。 7.2 集总参数滤波器 7.2.1 集总元件低通滤波器 设计一个L-C切比雪夫型低通滤波器,截止频率为75MHz,衰减为3