廣義切比雪夫濾波器的電路仿真模型.ppt

廣義切比雪夫濾波器的電路仿真模型 物理電子學(xué)院 賈寶富博士 廣義切比雪夫濾波器的優(yōu)勢 能通過引入傳輸零點而不用增加濾波器階數(shù)來提高通道的選擇性 通過特定的交叉耦合 廣義切比雪夫濾波器可以產(chǎn)生復(fù)數(shù)傳輸零點 以改善通帶內(nèi)的群時延特性 傳輸零點位置可以任意指定 增加了設(shè)計的靈活性 什么是腔體濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實質(zhì)上反映了腔體濾波器腔體之間的組合狀態(tài) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的表示方式 用實心的園點代表濾波器的腔體 用空心園點代表源和負(fù)載 用連線表示它們之間耦合 腔體濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展 早期的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡單 不存在非相鄰腔體的耦合 濾波器的零點一般都在無窮遠(yuǎn)處 通過引入非相鄰腔體的耦合 交叉耦合 提高了濾波器通帶內(nèi)的群時延特性和通帶外的隔離度 有N 2個零點 通過引入源與負(fù)載的直接耦合進(jìn)一步提高了交叉耦合濾波器的性能 有N個零點 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從普通的折疊形 異形 輪形 CT和CQ形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)一步發(fā)展到箱形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 由于這類濾波器的傳輸零點位置可以任意指定 增加了設(shè)計的靈活性 出現(xiàn)了各種不同特性的濾波器 例如 出現(xiàn)了雙通帶 阻帶 或多通帶 阻帶 的濾波器的設(shè)計 廣義切比雪夫濾波器的等效電路 圖一 A E Atia的n腔耦合濾波器等效電路模型嚴(yán)格地講這個等效電路模型更多地是表現(xiàn)腔耦合濾波器的物理概念 在電路的表現(xiàn)形式上并不嚴(yán)謹(jǐn) 正交耦合濾波器的串聯(lián)型等效電路模型 正交耦合濾波器 一個諧振腔既可以用串聯(lián)諧振回路表示也可以用并聯(lián)諧振回路表示 當(dāng)我們使用串聯(lián)諧振回路表示諧振腔時 腔之間的耦合用K變換器表示 當(dāng)我們使用并聯(lián)諧振回路表示諧振腔時 腔之間的耦合用J變換器表示 我們先考慮一個不包括源和負(fù)載耦合三腔正交耦合濾波器 3腔正交耦合濾波器的電路模型 圖二 3腔正交耦合濾波器的電路模型 3腔正交耦合濾波器的電路模型 K變換器的等效電路 根據(jù)電路理論 阻抗變換器可以用一個具有電抗特性的T形網(wǎng)絡(luò)表示 T型網(wǎng)絡(luò)電抗元件的電抗值就是它們的變比 如果是磁耦合 K變換器的等效電路為圖中的 a 如果是電耦合 K變換器的等效電路為圖中的 b 圖三 K變換器的等效電路 3腔正交耦合濾波器的等效電路模型 圖四 3腔正交耦合濾波器的串聯(lián)諧振回路等效電路模型 3腔正交耦合濾波器的電路方程 矩陣形式的電路方程 或 上述方程可以寫成如下的矩陣形式 其中 是 的阻抗矩陣 阻抗矩陣 歸一化阻抗矩陣 歸一化阻抗矩陣可以寫成下面的形式 n腔正交耦合濾波器矩陣方程的一般形式 濾波網(wǎng)絡(luò)對端口歸一化 圖六 三腔正交耦合濾波器歸一化等效電路模型 源與負(fù)載直接耦合時的歸一化耦合系數(shù)的關(guān)系 腔體之間的耦合腔體與源或負(fù)載之間的耦合源與負(fù)載之間的耦合 源與負(fù)載直接耦合的變形低通濾波器 K變換器設(shè)計公式 其中 Rs是信號源的內(nèi)阻 La 1是第一個串聯(lián)電感值 La k是第k個串聯(lián)電感值 RL是變換后負(fù)載的阻值 是歸一化耦合系數(shù) 對相對工作帶寬bfw去歸一化 去歸一化原理 如果 我們需要把在角頻率 呈現(xiàn)的阻抗移動到角頻率 bfw 則電感值需要改變?yōu)長 bfw 電感L在角頻率 的阻抗為j L 電感Lx在角頻率 bfw的阻抗為j bfw Lx 如果 令j L j bfw Lx 可以解出 x 1 bfw 在K變換器計算公式中 令 歸一化阻抗矩陣的一般形式 正交耦合濾波器電路方程的一般形式 N腔正交耦合濾波器的歸一化耦合矩陣 正交耦合濾波器的并聯(lián)型等效電路模型 正交耦合濾波器的并聯(lián)型等效電路模型 正交耦合濾波器的并聯(lián)型等效電路模型 圖七 三腔正交耦合濾波器的并聯(lián)諧振回路電路模型 導(dǎo)納變換器J 圖八 導(dǎo)納變換器及其等效電路 三腔正交耦合濾波器的并聯(lián)諧振回路等效電路模型 圖九 三腔正交耦合濾波器的并聯(lián)諧振回路等效電路 電路方程 矩陣形式電路方程 或 N腔正交耦合濾波器 N腔正交耦合濾波器 端口歸一化 圖十 三腔正交耦合濾波器歸一化等效電路模型 源和負(fù)載與腔體之間的耦合系數(shù) 源與負(fù)載直接耦合時的歸一化耦合系數(shù)的關(guān)系 腔體之間的耦合腔體與源或負(fù)載之間的耦合源與負(fù)載之間的耦合 計算實例 計算實例 1 SmainAmari AdaptiveSynthesisandDesignofResonatorFiltersWithSource Load MultiresonatorCoupling IEEETRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES VOL 50 NO 8 AUGUST2002 P1696 1978 中心頻率 26 453GHz 帶寬 41MHz零點頻率 f1 26 323GHz f2 26 524GHz f1 26 607GHz 資料的仿真結(jié)果 Designer的仿真結(jié)果 例二 雙通帶濾波器的仿真結(jié)果 設(shè)計一個用于CDMA的濾波器 其工作的