第7章射频微波滤波器2.ppt

《第7章射频微波滤波器2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第7章射频微波滤波器2.ppt（49页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、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。603dBdBBWSFBW2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。cccQstoredloss平均储能一个周期内的平均耗能W平均储能功率耗能P31）、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。LDQ4

2、333ccLDdBdBdBULffQffBW有载品质因数有载品质因数 可以变换为可以变换为LDQ1111 11 cccLDFEQQQ滤波器的功率损耗+负载的功率损耗平均储能滤波器的功率损耗负载的功率损耗平均储能平均储能5空载滤波器的特征：空载滤波器的特征：60fBWQn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！7EGLRRRu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：0,0ERR001EEELQRRC8n品质因数：品质因数：221 11 12 22 2meEILEVC00meELextE

3、EQP平均储能功率损耗电场和磁场的平均储能相等。电场和磁场的平均储能相等。001VIL IC由由22201 11 12 22 2meIEEILC得到储能为得到储能为92211()22LextLGEPRRIR I外部功率损耗为：外部功率损耗为：0001meELextEEEELQPRRC得到得到10固有品质因数：固有品质因数：0,0ERR001FLQRRC有载品质因数：有载品质因数：0,0ERR001()LDEELQRRRRC11例例 已知已知0050,10,50,0.47LGZZZZRLnH CpF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

4、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；谐振频率附近率附近20频带内的插入损耗。频带内的插入损耗。12解：谐振频率解：谐振频率011.038 GHz2fLC外品质因数：外品质因数：003.262ELQZ固有品质因数：固有品质因数：032.62FLQR有载品质因数：有载品质因数：002.972LDLQRZ13信号源的最大资用功率信号源的最大资用功率2062.58GinVPmWZ谐振状态下负载得到的功率：谐振状态下负载得到的功率：22151.7/LOinELDPPmWQQ22210log(1)10log(1)LDLDFQILQQ插入损耗随频率偏移的影响插入损

5、耗随频率偏移的影响140000000()()fffffffff fu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0 ff当与相差不大时0002()2fffff15BW=350MHz3dBLfUfOf16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17对于一段短路线对于一段短路线0tan()inZjZl如果选取线长：如果选取线长：/8l00tan()tan()4in

6、ZjZljZ00tan()4LjXj LjZSZ tan()4SjRichards变换变换1 Richards变换变换电感时：电感时：00tan()4CjBj CjYSY 电容时：电容时：对于一段开路线对于一段开路线0tan()inYjYl18CjBCjBLjXLjX0ZL8l8l01ZCl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。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04ffUEZ2cossinsin

7、cos11 11UEUEUEUEUEUEUEUEjZABUEjCDZZSSSZ203 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。21原始电路原始电路Kuroda规则规则2/CYS Z1/LZSZN1LZZ S2/()CYSNZ2/CYS Z1LZZ S1/LZSZN211/NZZ 22对第四规则证明：对第四规则证明：22122212121011/0110111111

8、Z SABNNNSNCDNSSZZZZ SZNSSNSZZ 22222121211110111111111Z SZ SA BSZSC DSSSZZSZZZ 左边左边右边右边23因为因为211ZNZ 左边左边右边右边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

9、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。151.7058CC32.5408C 241.2296LL262、再做阻抗变换和频率变换、再做阻抗变换和频率变换24950 1.22963.2623 10cLLLnH 11591.705811.8095023 10cCCCpF 392.540812.69595023 10CpF 27151.8CCpF32.7CpF243.3LLnH2823456789110-60-50-40-30-20-10-700f req,G H zdB(

10、S(1,2)R everse Transm i ssi on,dB292、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 l l l l 单位元件 单位元件 Z1 Z2 Z2/n2 Z1/n2 并联开路 串联短路 211ZNZ 31 l l l l 单位元件 单位元件 NZ1 1/NZ2 Z2 Z1 并联开路 串联短路 211ZNZ 323334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3536二、输入、输出阻抗为二

11、、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。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3940三、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

12、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。410cotcot1222Lsbwbf02UL0ULsbwl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4200cottan122LLLbf S 00000cottan222 tancot22 1UULLLbf S 0000cottan22Lbf S 43l归一化频

13、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0441321,2gggl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45131ZZbf g2、Richards变换变换用用/4线实现线实现2221Ybf gZ130.4142ZZ21.207Z 0cot()0.41422Lbf464748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49