微波电路与系统(18_1)

1、电子科技大学 贾宝富 博士 微波电路与系统（一） 第18讲 射频滤波器(I) 17.3微波低通滤波器的设计方法 n基本步骤 低通滤 波器技 术指标 低通原 型滤波 器综合 RF/微 波结构 实现 特性仿 真或实 物测试 低通滤 波器元 件值 使用软件可 一次完成 17.3微波低通滤波器的设计方法 n微波低通滤波器的设计过程大致可分为3个步骤： (1)根据滤波器的预先给定的技术指标，设计出一 个LC梯型网络低通原型滤波器； (2)通过低通变换得到LC低通滤波器。 (3)选择合适的微波结构用微波网络元件来实现LC 低通滤波器中串联电感和并联电容。 n实现微波网络元件的结构有：波导，同轴线，带 状线

2、，微带线等。相对应的低通滤波器分别被称 作波导低通滤波器，同轴线低通滤波器，带状线 低通滤波器和微带线低通滤波器等。 微波低通滤波器的设计方法（续） n用微波网络元件实现LC低通滤波器中串联电感 和并联电容的方法有三种： (1)用高、低阻抗传输线来实现，这对波导，同轴 线、带状线和徽带线低通滤波器都适用。 (2)用短路短截线和开路短截线来实现，这主要用 于带状线和微带线低通滤波器。 (3)用集总元件来实现，这主要适用于同轴线，带 状线和微带线低通滤波器。 低通滤波器的实现方法（一） n高、低阻抗传输线法： 00 4 00 4 222 l l Xll Z tgZ BY SinlYl 00 4 0

3、0 4 222 l l XZ SinlZl Bll Y tgY 一段传输线的两种等效电路 高阻抗线等效电路 n由于高阻抗传输线的阻抗Z0Y0，所以，高 阻抗线可以近似等效成一个串联电感。 00 4 00 4 222 l l XZ SinlZl Bll Y tgY 00 00 22 ZY Bl XZ SinlY tg 低阻抗线等效电路 n由于低阻抗传输线的阻抗Z0=30dB。 （4） 两端接50欧姆同轴线。 1 8 . 0 a 设计过程： （1）选定低通原型 （2）经过频率变换和阻抗变换得到 （3）串联电容的设计：两个小金属圆盘间填充聚 四氟乙烯（ ），忽略边缘电容，采用平板 电容的计算公式 1

4、 100 gg 2053. 2 5 g1444. 2 73 gg 1956. 1 91 gg 6167. 1 64 gg 4425. 1 82 gg pFCC66. 2 91 nHLL51. 5 82 pFCC49. 1 73 nHLL92. 4 64 pFC44. 1 5 1 . 2 r s r C r 2 225. 0 r为圆盘半径，s为两圆盘间距。 （4）并联短截线： 特性阻抗为100ohm，利用公式 确 定短路短截线的长度l，L为集总元件电感值。 考虑不连续性的影响，对参数略加修正，最终 尺寸示于前面的结构图中。 inchss009. 0 73 inchss005. 0 91 inch

5、s009. 0 5 inchr094. 0 lZL 0 0847. 0 inchll651. 0 82 inchll581. 0 64 HFSS（FEM）仿真模型 n 由于建立EM模型时对电容作了近似，没有考虑金属小圆盘 的厚度，因此方针结果有一些偏差。 仿真结果 0.500.751.001.251.501.752.00 Freq GHz -87.50 -75.00 -62.50 -50.00 -37.50 -25.00 -12.50 0.00 Y1 HFSSDesign2 XY Plot 1 ANSOFT Curve Info dB(S(1,1) Setup1 : Sweep dB(S(2,

6、1) Setup1 : Sweep 4、 最佳分布高通滤波器 n最佳分布高通滤波器由并联短路枝节级联而成 ，之间用连接线（单位元件）隔开。短路枝节 在特定频率（通常是高通的截止频率）下的电 长度为 ，连接线电长度为 。虽然滤波器 仅由n条枝节组成，但在频率上它的衰减函数是 2n-1阶的，结果是其高通响应有2n-1个波纹。 c c 2 图.32 最佳分布高通滤波器结构图.33 典型滤波特性 n 是电长度，与f成比例， n对于高通应用，滤波器的初始通带是从 到 在 处截止。谐波通带周期性出现，中心 为 并且由在 处的衰减极点隔开。 n其滤波特性可由传输方程来描述 c c f f c c c , 2

7、/3, 2/5 .2, 是通带波纹系数， 是滤波函数，由下式给出 n是短路枝节的个数 是第一类n阶Chebyshev函数。 N F n因为 很小，理论上这种滤波器的初始带宽非常 宽，但是对于短路枝节可能需要很高的阻抗。 n表1给出了最佳分布高通滤波器的典型元件值。 表中的元素是传输线的归一化特性阻抗，对于 给定的负载阻抗 ，有关的特性阻抗由下式决定 c 表.1 最佳分布高通滤波器元件值（0.1dB 波纹） 举例 n截止频率： n通带波纹：0.1dB n通带最高频率：6.5GHz n设计过程： 可由 计算得 利用表1可以求出 时的元件值。 可以按插值方法计算 用同样的方法，可以计算出其余的值 然后确定各传输线的特向阻抗 1 y 1 .50 8 .49,3 .48,1 .70 ,1 .79,3 .111,50 4, 3 5 , 43 , 26, 52, 143 52610 Z ZZZZZZ ZZZZZ 图.34 介电常数 ， 基片厚度 h=1.57mm 2 . 2 r HFSS 仿真得到的响应曲线 0.002.004.006.008.0010.00 Freq GHz -80.00 -70.00 -60.00 -50.00 -40.00 -30.00 -20.00 -10.00 0.00