微波濾波器設計培訓教程

新員工培訓------微波濾波器基礎知識介紹微波及其特點所謂微波是一種具有極高頻率（通常為300MHz~300GHz），波長很短，通常為1m~1mm的電磁波。微波具有似光性和似聲性、穿透性、信息容量大等特點。濾波器的基本原理

濾波器顧名思義就是對電磁波信號進行過濾，讓需要的信號通過，抑制不需要的信號，主要目的為了解決不同頻段、不同形式的無線通訊系統(tǒng)之間的干擾問題，其特性可以用通帶工作頻段、插入損耗、帶內(nèi)波動、帶外抑制、端口駐波比、隔離度、矩形系數(shù)、功率容量、群時延指標來描述。濾波器的四種形式低通濾波器低通濾波器電路原型濾波器的四種形式高通濾波器濾波器的四種形式帶通濾波器帶通濾波器電路原型濾波器的四種形式帶阻濾波器帶通濾波器技術(shù)指標通帶工作頻段即濾波器允許通過電磁波的頻率范圍。通帶的理解在生產(chǎn)過程提供的技術(shù)指標規(guī)定嚴格了的，不需要怎樣的去按照上面的定義去具體計算。也可以這樣說，如果我們的差損要求是0.8db，通帶需要10M的帶寬，那么我們的通帶就可以說成是0.8db帶寬為10M.帶通濾波器技術(shù)指標插入損耗又稱衰減,在理想情況下，插入到射頻電路中的理想濾波器，不應在其通帶內(nèi)引入任何功率損耗.然而現(xiàn)實中我們無法消除濾波器固有的,某種程度的功率損耗.插入損耗定量的描述了功率響應幅度與0dB基準的插值,其數(shù)學表達式為:其中PL是濾波器向負載輸出的功率,Pin是濾波器從信號源得到的輸入功率,一般希望插入損耗越小越好。帶通濾波器技術(shù)指標帶內(nèi)波動在規(guī)定的帶寬內(nèi),插入損耗最大點減去最小點的即為帶內(nèi)波動。又叫帶內(nèi)波紋或者通帶波紋。指通帶內(nèi)信號幅度的起伏程度，也受限于諧振器的固有Q值，一般希望盡可能的小。帶通濾波器技術(shù)指標帶外抑制又稱阻帶抑制,理想的濾波器是矩形的，通帶內(nèi)的信號全部通過，通道外的信號全部過濾掉，但實際情況是，只能過濾掉一部分能量，帶外抑制度反應了對過濾信號的衰減幅度,對不需要的頻率點，信號的抑制能力，一般希望盡可能的大，并在通帶范圍外陡峭的下降，通常取帶外與帶寬為一定比值的某一頻率的衰減值作為此項指標。帶外抑制這個概念實際上還是屬于損耗的范疇，只是我們現(xiàn)在所說指的是在通帶外，信號的衰減已經(jīng)被抑制得比較充分，這個具體的損耗值就是帶外抑制的值。帶通濾波器技術(shù)指標端口駐波比端口駐波是衡量濾波器性能的一個關(guān)鍵指標，反應濾波器件與系統(tǒng)中其它部件的匹配程度。當系統(tǒng)不匹配時,饋線上同時存在入射波Ei和反射波Er。在入射波和反射波相位相同的地方，入射波電壓與反射波電壓的幅度相加形成一個最大電壓振幅Emax，稱為波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓幅度相減形成一個最小電壓振幅Emin，稱為波節(jié)。其它各點電壓的幅度值則介于波腹與波節(jié)之間，這種合成波稱為駐波。

帶通濾波器技術(shù)指標電壓駐波比則是波腹電壓與波節(jié)電壓的比值，即Ei為入射波電壓,Er為反射波電壓,當ZL和Z0都為實數(shù)時帶通漆濾波芽器技蜘術(shù)指碌標該指昂標另心一個錘含義向相同話的名范稱是躁回波爸損耗夜，單漿位為體分貝枕（dB），磁二者訊可如忙下?lián)Q證算：帶通勞濾波旺器技娃術(shù)指丟標隔離亡度為了伍區(qū)分乘在有溜兩個蘭或者豪兩個花以上派通帶劉情況霸下（泳例如緣瑞雙工鹿器，倚合路紫器）史相互諸通帶吩之間餓的帶盾外抑順制，贏這時您我們蒼統(tǒng)一興稱帶票外抑劃制為唯隔離駁。以雙攜工器捧為例粉說明巷：收每發(fā)隔枕離是屑指在甜網(wǎng)絡子分析延儀的撓兩個遮通道竿分別不接rx與tx端，鈔而AT線N端接50歐姆騰負載古時，桃整個蠻頻段睡（TX的高囑端點堪與RX的低藍端點勒之間奸的帶撞寬）勇或者賴兩個禾通帶師內(nèi)（RX頻帶篇內(nèi)和TX頻帶抽內(nèi)）s1覺2或者s2堅1的值屢。帶通確濾波排器技日術(shù)指贊標矩形扮系數(shù)矩形豈系數(shù)等是60貧dB帶寬3d顯B帶寬矛的比沃值,它描天述了舊濾波孟器在包截止顧頻率欲附近血響應篇曲線枝變化責的陡合峭程講度:帶通仰濾波券器技遺術(shù)指先標功率挎容量濾波跳器能泄承受花的最書大信艦號通睜過功柴率，蠶濾波撲器的助脈沖臟功率廟容量旨由其墊中強盤電場身對介甲質(zhì)的秋擊穿箭來確熟定，隨這與武濾波栽器的丸結(jié)構(gòu)秋和介紐奉質(zhì)強答度有喪關(guān)。秘通常引同軸巾線和迫帶狀在線結(jié)撥構(gòu)的項功率站容量草至少應要比爽矩形白波導神小6、7倍，催而矩習形波患導又獻比圓鵲波導粒小4倍左畝右.帶通復濾波天器技布術(shù)指鳴標群時屠延信號舟通過滔濾波遮器時跑的延罵遲時由間，服可用點以下即公式踐表示挎：其中φ為濾柴波器弓電壓晝轉(zhuǎn)移坦函數(shù)Ea棋/E俯L的相誓位，翠對于N個諧院振器踩的帶棟通濾耐波器廟，通箱帶內(nèi)青的群絡時延穿可近質(zhì)似估謎計為舊：反射儀時延濾波蛛器單定節(jié)的蹈反射謹時延可近燥似估壯計為蔽：實際燃調(diào)試剪中可暖以調(diào)惜節(jié)抽紀頭耦斷合線朗的高鄙度及種粗細遮等來個調(diào)節(jié)濾波陡器指德標的辨測試雙工芝器測爪試示的意圖兔：網(wǎng)絡青分析糾儀PO參RT戶1傘PO晝RT嗎2TX瀉A解NT皂RX(發(fā)射)察(天線)顧(接收)雙工屯器50Ω網(wǎng)絡突分析柿儀PO版RT帳1備PO罰RT迎2TX擁A張NT壟RX(發(fā)射)惹(天線)認(接收)雙工降器50ΩRX測試垃圖形TX測試糊圖形濾波比器的弱實現(xiàn)管形式集總鴿參數(shù)畢濾波晚器微帶魄線、阻帶狀序線濾斗波器同軸嚷腔體丸濾波場器波導常濾波預器介質(zhì)仙濾波澇器同軸懲諧振糖腔濾恐波器其結(jié)脈構(gòu)排哥列比攤較靈材活，置適合森于10凍0M揉Hz－40明GH捷z頻段絹帶通掩濾波煌器的零設計道，在凱當今孟移動庫通信簽頻段鍋領域房誠使用軌最多狂的當濫是同賞軸腔檔，它下的基躬本原銳理是猾根據(jù)邀四分補之一鬧開路薯線和奇二分配之一應短路膀線所衫等效套的LC究R諧振坊電路懼。在陣實際薦的產(chǎn)英品研駁發(fā)和堵生產(chǎn)獸中，律我們保使用繞了改秤進的湖雙同儲軸UI省R(均勻困阻抗棋匹配)四分務之一勸波長欺諧振以結(jié)構(gòu)棒。這窄種結(jié)瞎構(gòu)的捷優(yōu)點薪是：族結(jié)構(gòu)纖通用火，易凱于開敗發(fā)移雁植，斗適用孝移動略通信磨全頻通段；緣瑞調(diào)節(jié)沾范圍肅大，股對公買差要話求不扶高，珍非常愿適于它初等除產(chǎn)品溉的低完成本暫生產(chǎn)侍；功潮率容貪量大簡，采透用電魚耦合子輸入珠輸出鵝，所虧以產(chǎn)貪品一置致性稠和穩(wěn)匆定性機很好云。主要拐由諧犯振腔抖、諧肢振導染體、普調(diào)諧臥釘組找成無加弄載電坑容濾波復器的建結(jié)構(gòu)濾波篩器的捕結(jié)構(gòu)微波冤帶通俊濾波測器的嗎設計濾波初器的護特性污與濾碗波器悉的設扔計關(guān)辰系很嶼大，友濾波達器的選抑制撫特性后一般短采用坐三種布設計倍函數(shù)正：1、巴剖特沃積斯函確數(shù)；2、切納比雪庸夫函賄數(shù)；3、橢恢圓函慘數(shù)，圖其中活切比狐雪夫止函數(shù)侍最為繡常用腐。濾遮波器滅的損孤耗近察似計猶算公諷式為花：L≈股4.袖34言×f購0×管∑gk/（BW楊×Q）。一港般來悲說，圖濾波瘦器的闊特性里存在越以下闊規(guī)律勒：a)濾波懷器的謠級數(shù)矛越多亞，帶伶外衰察減越秩快；b)毯Q值越徑高，禁損耗鉛越小駱；c)通帶辨帶寬滴越寬截，損藝耗越販小；d)工作曾頻率反越高劈燕，損禍耗越憂大；微波豎帶通遍濾波授器的靠設計設計柜微波陷帶通籃濾波觀器的株一種拿常用伙的方語法是掛從集路中元棟件的億低通壞原型讀出發(fā)斗，經(jīng)奔過頻鈴率變察換，致導出嗎集中兄參數(shù)茶耦合岸諧振著器帶模通濾顧波器姓的設舊計公類式，常然后貞用微色波結(jié)保構(gòu)來赤實現(xiàn)殼這些偶耦合偷結(jié)構(gòu)燥和諧愁振器抓，從施而得定到微田波帶亮通濾吐波器腳。首先延根據(jù)螺濾波吉器的挎頻率飄和阻炸帶抑保制要視求選捕定合餃適的臨低通斷濾波印器原屋型。RF濾波沸器綜臘合過熔程濾波器的技術(shù)指標頻率變換低通原型傳遞特性低通原型綜合低通原型元件值頻率變換實際濾波器元件的歸一化值阻抗變換反歸一化實際濾波器真實元件值0.設01分貝秒切比沫雪夫辦低通托濾波鄰器那衰減鎮(zhèn)特性灑圖低通邁原型悟元件朗數(shù)值鍋表從下濃圖(a夕)只有去一種燒電抗禍元件判的低保通原疤型出走發(fā)，科經(jīng)過撞低通柄到帶碗通的稀頻率章變換穩(wěn)，即級可得母到所櫻需要木的設議計公繡式。圖（b）是焰經(jīng)過藍圖（a）的岸頻率因變換星得到懷的，房誠圖中糟的Lr湊j,食Cr雄j是第j個諧太振器姓并聯(lián)綢的電澡感和莊電容返，j01是個呀諧振滲器間揮的導懸納變目換器太，用愧他們唯是并執(zhí)聯(lián)的志諧振悅器相裳互耦蕉合起柳來，黨從而陳構(gòu)成已了帶艙通濾買波器爹。上圖誤（b）中國的導膚納變碰換器善可以粘用圖遙（c）的葡電路體來替板換后懇，電攔路變項成圖巧（d）。圖（c）中游的串稻聯(lián)電辛容就泰是圖班（d）中臺的耦蠶合電偉容C顏j,媽j真+座1，其婚并聯(lián)并的負爛電容黃必須目合并蒙到相愛鄰的免并聯(lián)鑄諧振歷器的咱正電紫容內(nèi)帳，使跡的電栗路的射總電蟻容為悲正，歸即為睛電容C戀j。經(jīng)過愈計算朵可得榨：相鄰話兩個捆諧振粗器間桶的耦頌合系野數(shù)：計算悄得出膊各諧性振器停之間攻的耦眨合系通數(shù)以鳴后，煌通過法用An剩so市ft奶H柱FS榆S進行泉物理繳結(jié)構(gòu)謊仿真蜓，從截而得蓬出實鏟際的劃尺寸鑰結(jié)構(gòu)啄。設計修實例技術(shù)處指標工作失帶寬澇：82型5-些83極5M燥Hz插入肉損耗杯：≤1.耳0d穴B帶內(nèi)青波動征：≤0.輛5d榮B帶外漫抑制同：FC±1村0M位Hz炊≥4基0d冷B駐波爸比：民≤1.宮2首先媽我們營應該叢對阻紀帶頻掏率進生行歸涼一化坦：我們破將f0=8叼30盲MH橡z，f=鉆84用5M忍Hz或者F=椒81投5M俗Hz帶如光以上般公式浙可得呼：Ω=2影.9蓋94通過揪前面盡的圖王表可插以查勸出諧豈振器亦的數(shù)批目n=律5,這與煉我們門通過室軟件隙仿真浮得出浙的幅機頻響吼應曲唱線是鏟基本約符合乖的。插入跟損耗掀的計撞算：L≈竭4.元34亡×f0×∑傅gn/（BW喊×Q）*∑gn=g1+g2+…帶+gng值可巧以通掘過前篇面的悔元件鏡值表玻查到當n=斜5時，∑gn=g1+g2+…+gn=0撇.7住5+煩1.賺30派+1歐.5魄7+區(qū)1.沾30撤+0也.7館5=凈5.鼻63通過熟計算餃我們淋可以腳的出陣當L=償0.動5d掏B，Q=毒41消43。這校時我付們可治以通垃過An顧so影ft追H嘴FS座S進行意物理野結(jié)構(gòu)寒仿真鑄，得鴿出單魄個諧瓣振器幣的結(jié)文構(gòu)。仿真加單腔Q值和燒諧振曬頻率摔的HF敢SS模型級間泛耦合快系數(shù)往的計胸算通過敞查表吳得出g1=g5=0土.7程5,侮g2=g4=1訓.3糊0,售g3=1孕.5瓶7.將g值代右入以街上公牛式可槐得：K12=K45=0瘋.0肌12盲2，K23=K34=8進.4比3。HF亡SS中的存耦合扎系數(shù)驚（窗?？冢┏岱抡纨埬Ｐ蜑V波番器中蜓的交脖叉耦據(jù)合交叉膠耦合愁：它門的原揉理實宅際上借就是報引入肝傳輸為函數(shù)腸的零殼極點截和副蓋零極痕點，娛利用削交叉宿耦合駁技術(shù)扭可以扎大大婆的改每善濾章波器祖的帶門外抑犧制及味時延卡和相婆位特抬性，眠按結(jié)選構(gòu)及釣作用參等一仔般分矛為容芒性交赴叉耦戀合、州感性待交叉詢耦合這，感扒性耦片合一途般為陜正耦也合，球容性專耦合鴨又可爛分為帥正耦些合和譯負耦僑合。帆不同戰(zhàn)的耦續(xù)合有恥不同位的作帆用。感性孫交叉紗耦合容性梅交叉附耦合容性翻交叉涂耦合左圖惕為不綁加交肢叉耦寨合的斬圖形刃，右鉆圖為半加交糠叉耦苦合后暴的圖幼形現(xiàn)有地移動肯通信嚼系統(tǒng)注主要勾使用奸頻段1.猛GS票M（Gl辨ob零al左S剛ys耕te劫m預fo拖r風Mo咸bi輔le旅C刷om衫m(xù)u麗ni統(tǒng)ca販ti豪on自s）全玩球移匙動通強訊系爐統(tǒng),頻率立范圍中國設移動GS梨M9糊00上行脾：89諒0M貌Hz疼-9惠09屯MH賣z；下險行：93快5M爐Hz撥-9共54部MH影z。中國令聯(lián)通GS咳M9順00上行痰：90斥9M秘Hz移-9襖15狡MH冰z；下干行：95聰4M驗Hz鵲-9駛60梢MH旦z。GS吐M1松80鈔0（DC蹲S）上行采：17伐10山MH斯z-骨17懇85機MH扛z下行所：18還05癥MH虎z-催18撫80額MH睜z現(xiàn)有爭移動于通信最系統(tǒng)毛主要府使用儲頻段2.CD緒MA跑(璃Co那de啦-D幫iv閘is獻io慶n鼠Mu怪lt饅ip綱le律A諒cc盡es氏s)碼分上多址頻率逮范圍上行撿：82拼4M環(huán)Hz顫-8拿49奏MH做z；下行任：86忠9M勸Hz比-8結(jié)94再MH兇z。目前針中國壘聯(lián)通CD天MA使用皂的頻臉率為上行騎：82瓶5M雁Hz禍-8逆35參MH會z；下行進：87企0M添Hz映-顛88沸0M驚Hz現(xiàn)有牛移動甲通信卡系統(tǒng)運主要挺使用掀頻段3.須TD挽-S里CD騎MA（Ti去me呢D愿iv最is將io鎮(zhèn)n倘Sy嗽nc捏hr章on趕ou湊s六Do蜘de登D霞iv洞is律io曾n挖Mu纏lt談ip牛le姻A饅cc頸es歲s）的謀中文鵝含義綢為時疏分同語步碼摸分多永址接床入頻率駕范圍18彼80續(xù)MH塑z茄-1目92遭0M乏Hz句;20抄10此MH更z乓-2耳02倦5M膨Hz；補充煙頻段：23喇00耽MH滴z們-2抗40愧0M醉Hz?，F(xiàn)有屆移動氣通信堅系統(tǒng)能主要困使用辰頻段4.炸W續(xù)CD戲MA（Wi鍋de釣ba憲nd鉆C萍DM盲A）寬兩帶分解碼多凍工存長取頻率叮范圍上行掩：19廢20躁MH垃z-膜19館80千MH懷z下行倉：21級10袍MH釋z-束21慮70列MH呢z現(xiàn)有突移動姻通信戀系統(tǒng)儉主要狀使用辭頻段5.犯PH筒S(苦Pe遍rs毅on良al疼H因an預dl掌in較g毛Sy法st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