微波電路與系統(tǒng)(18_1)

1、電子科技大學(xué) 賈寶富 博士微波電路與系統(tǒng)（一）第18講 射頻濾波器(I) 17.3微波低通濾波器的設(shè)計方法n基本步驟低通濾波器技術(shù)指標低通原型濾波器綜合RF/微波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)特性仿真或?qū)嵨餃y試低通濾波器元件值使用軟件可一次完成17.3微波低通濾波器的設(shè)計方法n微波低通濾波器的設(shè)計過程大致可分為3個步驟：(1)根據(jù)濾波器的預(yù)先給定的技術(shù)指標，設(shè)計出一個LC梯型網(wǎng)絡(luò)低通原型濾波器；(2)通過低通變換得到LC低通濾波器。(3)選擇合適的微波結(jié)構(gòu)用微波網(wǎng)絡(luò)元件來實現(xiàn)LC低通濾波器中串聯(lián)電感和并聯(lián)電容。n實現(xiàn)微波網(wǎng)絡(luò)元件的結(jié)構(gòu)有：波導(dǎo)，同軸線，帶狀線，微帶線等。相對應(yīng)的低通濾波器分別被稱作波導(dǎo)低通濾波器，同

2、軸線低通濾波器，帶狀線低通濾波器和微帶線低通濾波器等。微波低通濾波器的設(shè)計方法（續(xù)）n用微波網(wǎng)絡(luò)元件實現(xiàn)LC低通濾波器中串聯(lián)電感和并聯(lián)電容的方法有三種：(1)用高、低阻抗傳輸線來實現(xiàn)，這對波導(dǎo)，同軸線、帶狀線和徽帶線低通濾波器都適用。(2)用短路短截線和開路短截線來實現(xiàn)，這主要用于帶狀線和微帶線低通濾波器。(3)用集總元件來實現(xiàn)，這主要適用于同軸線，帶狀線和微帶線低通濾波器。低通濾波器的實現(xiàn)方法（一）n高、低阻抗傳輸線法：004004222llXllZ tgZBY SinlYl004004222llXZ SinlZlBllY tgY一段傳輸線的兩種等效電路高阻抗線等效電路n由于高阻抗傳輸線的阻

3、抗Z0Y0，所以，高阻抗線可以近似等效成一個串聯(lián)電感。004004222llXZ SinlZlBllY tgY000022ZYBlXZ SinlY tg低阻抗線等效電路n由于低阻抗傳輸線的阻抗Z0=30dB。 （4） 兩端接50歐姆同軸線。18 . 0a 設(shè)計過程：（1）選定低通原型（2）經(jīng)過頻率變換和阻抗變換得到 （3）串聯(lián)電容的設(shè)計：兩個小金屬圓盤間填充聚四氟乙烯（ ），忽略邊緣電容，采用平板電容的計算公式1100 gg2053. 25g1444. 273 gg1956. 191 gg6167. 164 gg4425. 182 ggpFCC66. 291nHLL51. 582pFCC49.

4、 173nHLL92. 464pFC44. 151 . 2rsrCr2225. 0 r為圓盤半徑，s為兩圓盤間距。（4）并聯(lián)短截線： 特性阻抗為100ohm，利用公式 確定短路短截線的長度l，L為集總元件電感值。 考慮不連續(xù)性的影響，對參數(shù)略加修正，最終尺寸示于前面的結(jié)構(gòu)圖中。inchss009. 073inchss005. 091inchs009. 05inchr094. 0lZL00847. 0inchll651. 082inchll581. 064HFSS（FEM）仿真模型n 由于建立EM模型時對電容作了近似，沒有考慮金屬小圓盤的厚度，因此方針結(jié)果有一些偏差。仿真結(jié)果0.500.751.

5、001.251.501.752.00Freq GHz-87.50-75.00-62.50-50.00-37.50-25.00-12.500.00Y1HFSSDesign2XY Plot 1ANSOFTCurve InfodB(S(1,1)Setup1 : SweepdB(S(2,1)Setup1 : Sweep4、 最佳分布高通濾波器n最佳分布高通濾波器由并聯(lián)短路枝節(jié)級聯(lián)而成，之間用連接線（單位元件）隔開。短路枝節(jié)在特定頻率（通常是高通的截止頻率）下的電長度為 ，連接線電長度為 。雖然濾波器僅由n條枝節(jié)組成，但在頻率上它的衰減函數(shù)是2n-1階的，結(jié)果是其高通響應(yīng)有2n-1個波紋。 cc2圖.3

6、2 最佳分布高通濾波器結(jié)構(gòu)圖.33 典型濾波特性n 是電長度，與f成比例，n對于高通應(yīng)用，濾波器的初始通帶是從 到 在 處截止。諧波通帶周期性出現(xiàn)，中心為 并且由在 處的衰減極點隔開。 n其濾波特性可由傳輸方程來描述ccffccc, 2/3, 2/5.2, 是通帶波紋系數(shù)， 是濾波函數(shù)，由下式給出 n是短路枝節(jié)的個數(shù) 是第一類n階Chebyshev函數(shù)。NFn因為 很小，理論上這種濾波器的初始帶寬非常寬，但是對于短路枝節(jié)可能需要很高的阻抗。n表1給出了最佳分布高通濾波器的典型元件值。表中的元素是傳輸線的歸一化特性阻抗，對于給定的負載阻抗 ，有關(guān)的特性阻抗由下式?jīng)Q定c表.1 最佳分布高通濾波器元

7、件值（0.1dB 波紋）舉例n截止頻率：n通帶波紋：0.1dBn通帶最高頻率：6.5GHzn設(shè)計過程： 可由 計算得利用表1可以求出 時的元件值。 可以按插值方法計算 用同樣的方法，可以計算出其余的值 然后確定各傳輸線的特向阻抗1y1 .508 .49,3 .48,1 .70,1 .79,3 .111,504, 35 , 43 , 26, 52, 14352610ZZZZZZZZZZZZ圖.34 介電常數(shù) ， 基片厚度 h=1.57mm2 . 2rHFSS 仿真得到的響應(yīng)曲線0.002.004.006.008.0010.00Freq GHz-80.00-70.00-60.00-50.00-40.00-30.00-20.00-10.000.001