微波濾波器和無源電路講座課件

管狀同軸濾波器設計管狀同軸濾波器設計1序言通常，管狀同軸濾波器是一種在無線通訊甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）頻段使用的濾波器結構。其主要優(yōu)點是結構緊湊、插入損耗小、帶外隔離高、寄生通帶遠、功率容量大和便于安裝。但是，最近有國外廠商在網(wǎng)站上宣稱管狀濾波器可以覆蓋從超短波波段到X波段，相對帶寬從2%-50%這樣一個寬的范圍。因此，我們需要對這種類型的濾波器引起關注。由于這種濾波器結構比較特殊。它是一種半集中參數(shù)的結構。因此，它的設計方法與集中參數(shù)濾波器和分布參數(shù)濾波器都有區(qū)別。這種濾波器比較成功的設計方法是曲線擬合比較法和優(yōu)化方法。管狀濾波器可以做成帶通、低通、高通和帶阻類型。序言通常，管狀同軸濾波器是一種在無線通訊甚高頻（VH2管狀濾波器樣品管狀濾波器樣品3管狀濾波器內部結構管狀濾波器內部結構4管狀濾波器典型技術指標管狀濾波器典型技術指標5管狀帶通濾波器的拓撲結構管狀帶通濾波器的電路拓撲結構有兩種類型。一種電路拓撲結構的第一個元件是并聯(lián)電容。另外一種電路拓撲結構的第一個元件是串聯(lián)電感。拓撲類型（a）拓撲類型（b）管狀帶通濾波器的拓撲結構管狀帶通濾波器的電路拓撲結構有兩種類6拓撲結構(a)的結構形式這種電路拓撲結構被廣泛用于窄帶濾波器設計。它既可以用于管狀濾波器設計，也被用于微帶線窄帶濾波器設計。拓撲結構(a)的結構形式這種電路拓撲結構被廣泛用于窄帶濾波器7拓撲結構(a)綜合過程低通原型拓撲結構(a)綜合過程低通原型8中間段的等效電路KijKi+1j+1KijKi+1j+12Cs2Cs-jKij-jKij2Cs2CsjKij-jKi+1j+1-jKi+1j+1jKi+1j+1LsLsKLs值的選定受Kij-2Cs>0的限制。中間段的等效電路KijKi+1j+1KijKi+1j+12C9中間段的等效電路(續(xù))根據(jù)T形到Π形（星形）等效電路的計算公式，得C1C1C0CijCpijCpijCs須滿足的第二個條件。選擇Ls須滿足的條件。中間段的等效電路(續(xù))根據(jù)T形到Π形（星形）等效電路的計算公10端部等效電路端部為容性耦合的電路結構，不能直接使用變換器等效。需要變換成如下的電路形式。端部等效電路端部為容性耦合的電路結構，不能直接使用變換器等效11端部等效電路(續(xù)1)如果，令得到兩個等式（實部，虛部）。由兩個等式可以解出,和。但是由這兩個方程式確定，和是不完備的，也就是說解不是唯一的。存在多種可能的解。通常，為了方便加工，可以選擇一組和接近的解作為最后的解。端部等效電路(續(xù)1)如果，令得12端部等效電路(續(xù)2)如果，令。并且由得到兩個等式（實部，虛部）。有兩個等式可以解出和這個解就是唯一的。端部等效電路(續(xù)2)如果，令13

綜合步驟（1）綜合設計有兩種選擇，一種是先選定Ls，并在綜合過程中保持Ls不變。另外一種是選擇是先選定，并且令所有的只都相等。這里介紹第一種選擇的設計過程。先選定串聯(lián)電感Ls（令所有電感值相等）。根據(jù)設計指標要求的中心角頻率ω0，工作帶寬計算相對帶寬FBW。計算其中，gi和Ωc是n階低通濾波器原型的元件值和截止頻率。綜合步驟（1）綜合設計有兩種選擇，一種是先選定Ls，并在綜14

綜合步驟（2）計算。其中，gi和Ωc是n階低通濾波器原型的元件值和截止頻率。綜合步驟（2）計算。15綜合步驟（3）確定中間各級相鄰電感之間串聯(lián)電容Ci，j+1和Cpi，j+1。綜合步驟（3）確定中間各級相鄰電感之間串聯(lián)電容Ci，j+1和16綜合步驟（4）確定濾波器源端的電容Cp0，C0，1和Cp1，可以先選定其中一個電容的值。根據(jù)前面的方程確定其它兩個電容的值。通常，可以把Cp0和Cp1的值選在Cpi，j+1的值附近。綜合步驟（4）確定濾波器源端的電容Cp0，C0，1和Cp1，17綜合步驟（4）在濾波器為非對稱結構時，還需要確定負載端的電容值Cpn+1，Cnn+1和Cpn。綜合步驟（4）在濾波器為非對稱結構時，還需要確定負載端的電容18設計實例（1）主要設計指標：通帶范圍：回波損耗：RL=-20dB阻帶抑制：設計過程確定切比雪夫低通原型：計算中心頻率計算截止頻率由于，故令，設計實例（1）主要設計指標：19設計實例（1）在理想條件下，，有，從而將回波損耗轉化為通帶內的最大衰減。代入計算公式：所以取n=4。把n和Lar的值代入可以求出切比雪夫低通原型濾波器的歸一化值。設計實例（1）在理想條件下，20設計實例（2）電路結構綜合：假設管狀濾波器結構對稱，且端接50歐姆匹配負載，即：選定串聯(lián)電感均為。設計實例（2）電路結構綜合：21設計實例（3）計算和：這里用優(yōu)化方法確定，和。這里把它們的初值選為：設計實例（3）計算和：22優(yōu)化用電路圖優(yōu)化用電路圖優(yōu)化結果：優(yōu)化用電路圖優(yōu)化用電路圖23優(yōu)化結果優(yōu)化結果24計算同軸線階梯電容分別用高阻抗線和低阻抗線實現(xiàn)串聯(lián)電感和并聯(lián)電容。假定同軸線外導體的半徑為4.5mm，高阻抗線內導體的半徑為0.5mm。低阻抗線內導體的半徑為4mm。50歐姆傳輸線的內導體半徑為1.95mm。階躍電容Cd可以用下式計算：其中：50Ω到高阻線階躍電容：低阻線到高阻線階躍電容：計算同軸線階梯電容分別用高阻抗線和低阻抗線實現(xiàn)串聯(lián)電感和并聯(lián)25高阻抗線等效電路低阻抗線等效電路高/低阻抗線等效電路高阻抗線等效電路高/低阻抗線等效電路26同軸結構的等效電路同軸結構的等效電路27計算電感假定同軸線外導體的半徑為4.5mm，內導體的半徑為0.5mm。同軸線的特性阻抗為：計算電感假定同軸線外導體的半徑為4.5mm，內導體的半徑為028計算并聯(lián)電容假定同軸線外導體的半徑為4.5mm，內導體的半徑為4mm。同軸線的特性阻抗為：CCpLCp11.471pF1.48mmCp122.583pF2.58mmCp232.137pF2.14mm計算并聯(lián)電