广义切比雪夫滤波器的电路仿真模型.ppt

广义切比雪夫滤波器的电路仿真模型 物理电子学院 贾宝富博士 广义切比雪夫滤波器的优势 能通过引入传输零点而不用增加滤波器阶数来提高通道的选择性 通过特定的交叉耦合 广义切比雪夫滤波器可以产生复数传输零点 以改善通带内的群时延特性 传输零点位置可以任意指定 增加了设计的灵活性 什么是腔体滤波器的拓扑结构 拓扑结构实质上反映了腔体滤波器腔体之间的组合状态 拓扑结构的表示方式 用实心的园点代表滤波器的腔体 用空心园点代表源和负载 用连线表示它们之间耦合 腔体滤波器拓扑结构的发展 早期的拓扑结构比较简单 不存在非相邻腔体的耦合 滤波器的零点一般都在无穷远处 通过引入非相邻腔体的耦合 交叉耦合 提高了滤波器通带内的群时延特性和通带外的隔离度 有N 2个零点 通过引入源与负载的直接耦合进一步提高了交叉耦合滤波器的性能 有N个零点 拓扑结构从普通的折叠形 异形 轮形 CT和CQ形拓扑结构进一步发展到箱形拓扑结构 由于这类滤波器的传输零点位置可以任意指定 增加了设计的灵活性 出现了各种不同特性的滤波器 例如 出现了双通带 阻带 或多通带 阻带 的滤波器的设计 广义切比雪夫滤波器的等效电路 图一 A E Atia的n腔耦合滤波器等效电路模型严格地讲这个等效电路模型更多地是表现腔耦合滤波器的物理概念 在电路的表现形式上并不严谨 正交耦合滤波器的串联型等效电路模型 正交耦合滤波器 一个谐振腔既可以用串联谐振回路表示也可以用并联谐振回路表示 当我们使用串联谐振回路表示谐振腔时 腔之间的耦合用K变换器表示 当我们使用并联谐振回路表示谐振腔时 腔之间的耦合用J变换器表示 我们先考虑一个不包括源和负载耦合三腔正交耦合滤波器 3腔正交耦合滤波器的电路模型 图二 3腔正交耦合滤波器的电路模型 3腔正交耦合滤波器的电路模型 K变换器的等效电路 根据电路理论 阻抗变换器可以用一个具有电抗特性的T形网络表示 T型网络电抗元件的电抗值就是它们的变比 如果是磁耦合 K变换器的等效电路为图中的 a 如果是电耦合 K变换器的等效电路为图中的 b 图三 K变换器的等效电路 3腔正交耦合滤波器的等效电路模型 图四 3腔正交耦合滤波器的串联谐振回路等效电路模型 3腔正交耦合滤波器的电路方程 矩阵形式的电路方程 或 上述方程可以写成如下的矩阵形式 其中 是 的阻抗矩阵 阻抗矩阵 归一化阻抗矩阵 归一化阻抗矩阵可以写成下面的形式 n腔正交耦合滤波器矩阵方程的一般形式 滤波网络对端口归一化 图六 三腔正交耦合滤波器归一化等效电路模型 源与负载直接耦合时的归一化耦合系数的关系 腔体之间的耦合腔体与源或负载之间的耦合源与负载之间的耦合 源与负载直接耦合的变形低通滤波器 K变换器设计公式 其中 Rs是信号源的内阻 La 1是第一个串联电感值 La k是第k个串联电感值 RL是变换后负载的阻值 是归一化耦合系数 对相对工作带宽bfw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 bfw 则电感值需要改变为L bfw 电感L在角频率 的阻抗为j L 电感Lx在角频率 bfw的阻抗为j bfw Lx 如果 令j L j bfw Lx 可以解出 x 1 bfw 在K变换器计算公式中 令 归一化阻抗矩阵的一般形式 正交耦合滤波器电路方程的一般形式 N腔正交耦合滤波器的归一化耦合矩阵 正交耦合滤波器的并联型等效电路模型 正交耦合滤波器的并联型等效电路模型 正交耦合滤波器的并联型等效电路模型 图七 三腔正交耦合滤波器的并联谐振回路电路模型 导纳变换器J 图八 导纳变换器及其等效电路 三腔正交耦合滤波器的并联谐振回路等效电路模型 图九 三腔正交耦合滤波器的并联谐振回路等效电路 电路方程 矩阵形式电路方程 或 N腔正交耦合滤波器 N腔正交耦合滤波器 端口归一化 图十 三腔正交耦合滤波器归一化等效电路模型 源和负载与腔体之间的耦合系数 源与负载直接耦合时的归一化耦合系数的关系 腔体之间的耦合腔体与源或负载之间的耦合源与负载之间的耦合 计算实例 计算实例 1 SmainAmari AdaptiveSynthesisandDesignofResonatorFiltersWithSource Load MultiresonatorCoupling IEEETRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES VOL 50 NO 8 AUGUST2002 P1696 1978 中心频率 26 453GHz 带宽 41MHz零点频率 f1 26 323GHz f2 26 524GHz f1 26 607GHz 资料的仿真结果 Designer的仿真结果 例二 双通带滤波器的仿真结果 设计一个用于CDMA的滤波器 其工作的