滤波器专题设计

1、滤波器设计贾宝富设计实例-2梳状滤波器设计滤波器技术参数滤波器要求的技术参数；中心频率；400MHz；带宽：15MHz；带内波动：小于0.1dB带外抑制度：偏离中心频率25MHz；大于40dB；初步确定采用Chebyshev型7阶梳状滤波器低通原型滤波器（查出标准化G值）建立低通原型滤波器电路模型原型低通滤波器机仿真结果K变换器或J变换器 把LC低通原型变换成只有一种电感元件或只有一种电容元件的低通原型，称之为变形低通原型。在LC梯形低通原型的各元件间加入K变换器把电容变换成电感，最后得到只有电感的低通原型。在LC梯形低通原型的各元件间加入J变换器把电感变换成电容，最后得到只有电容的低通原型。

2、K变换器工作原理变换的原则: 变换前后滤波器低通原型的衰减特性不变。为此，只要保证变换前后输入导纳（或阻抗）之比为一常数（从而可保证反射系数不变，进而衰减特性不变）K变换器设计公式其中，RA是变换后信号源的内阻；La,1是变换后第一个串联电感值 ； La,k是变换后第k个串联电感值；RB是变换后负载的阻值。J变换器设计公式其中，GA是变换后信号源的内部电导；Ca,1是变换后第一个并联电容值 ； Ca,k是变换后第k个并联电容值 ；RB是变换后负载的导纳。7阶Chebychecv变形低通原型滤波器的K值令，K变换器计算公式中并考虑到， 7阶Chebychecv低通原型滤波器中， 最后得K变换器的

3、变比分别为，归一化变形低通原型滤波器K01K12Kk,k+1Kn,n+1ZL=1归一化即滤波器的工作带宽是1Hz。如果，滤波器要求的相对带宽为bw，则应对滤波器去归一化。变形低通原型滤波器转换电路变形低通原型滤波器仿真结果对相对工作带宽bw去归一化去归一化原理：如果，我们需要把在角频率呈现的阻抗移动到角频率*bw，则电感值需要改变为L/bw。电感L在角频率的阻抗为jL；电感Lx在角频率*bw的阻抗为j (*bw) Lx；如果，令jL= j (*bw) Lx，可以解出，Lx=L/bw在K变换器计算公式中，令：由式中解出，对bw去归一化变形低通原型滤波器ZL=1归一化带通滤波器在前面的对bw去归一

4、化低通原型滤波器中用1H电感和1F电容组成的串联谐振回路代替原来的1H电感。就构成了一个谐振频率为1Hz，相对带宽为bw的归一化带通滤波器ZL=1对工作频率r去归一化假设串联谐振回路的电感和电容分别为L1和C1，在频率的阻抗为：如果工作频率转移到r，在新频率新串联谐振回路的阻抗为，若新串联谐振回路在频率r与旧回路保持相同的阻抗，则新谐振回路的电感Ls和电容Cs分别为，把=1；L1=1和C1=1代入上式，得：带通滤波器ZL=1其中：起始频率中止频率在串联谐振回路中引入串联电阻RS根据电路理论，串联谐振回路的Q值为：考虑到， 串联谐振回路的电阻为，引入有限的Q0值后，谐振腔的频率偏移位：有载QL值

5、和无载Q0值 中间谐振腔：腔体的损耗有两部分；腔体材料产生的损耗（金属材料趋肤效应产生的欧姆损耗和介质材料tan产生的介质损耗）相邻腔体耦合的能量与外电路连接的腔：腔体的损耗也有两部分；腔体材料产生的损耗（金属材料趋肤效应产生的欧姆损耗和介质材料tan产生的介质损耗）与外电路和相邻腔耦合的能量1-50欧姆阻抗变换器注意：归一化带通滤波器的输入/输出阻抗均为1 。通常，外接传输线的阻抗为50，并且具有一定的长度。所以，需要在设计中考虑外接50传输线的变换。用什么表示K变换器ZinZLZ0带通滤波器等效电路及仿真结果带通滤波器仿真结果建立中间腔体计算模型A=30mmB=60mmC=120mmR1=

6、5mmR2=6mmR3=8mmL=114.5mmH=15mm计算结果1、确定腔体Q0值；2、确定中间腔体的几何尺寸相邻腔体的耦合系数在腔体耦合较弱的条件下，耦合系数可用下式计算： K12 = 2(f2-f1) / (f2+f1)在腔体耦合较强时，耦合系数用下式计算： K12 = (f22-f12) / (f22+f12)电路的负载Q值为： QL = fR / BW3dB 计算耦合系数的模型A=30mmB=120mmC=120mmR1=5mmR2=6mmR3=8mmL=114.5mmH=15mmS=27耦合系数计算结果由滤波器的值，确定：有载Q值计算模型同轴线内导体半径1.5mm同轴线外导体内径

7、3.5mm耦合天线圆盘外径13mm;厚度4mm耦合天线于园柱表面的距离1.94mmQL计算结果1、由腔体QL值确定天线距离；2、确定边缘腔体的几何尺寸Initial Filter Design in HFSS Filter Theory :Resonant frequency of the outermost resonators fR1= 400 MHz Resonant frequency of the inner resonators fR2= 400 MHz Loaded Q QL=31.498 Coupling coefficients K12=0.02893 , K23=0.02171 , K34=0.02065 HFSS Calibration:Length of the two outermost resonators = 113.399 mm Length of the five inner resonators = 114.69 mm Antenna distance = 1.879 mmDistances between resonators are 25.513 mm , 28.291 mm , 28.76