射频微波滤波器

射频微波滤波器1第一页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计---基本思想所有近似设计方程的精度都随着设计带宽的增加而恶化，其主要表现有：（1）通带内电压驻波比的波动超过设计值，特别是在截止频率附近；（2）实际制作的滤波器的带宽以无法预知的状况偏离指定的设计带宽。2第二页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计---基本思想本节的设计方法消除了上述的第（2）个困难，使得实际的和设计的带宽基本相同，并且在很大程度上使电压驻波比的波动也很接近于设计的要求。3第三页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计---基本思想在微带带通滤波器的近似设计方法中，如果把集中元件原型的元件值在中心频率上用微波元件实现，则得到窄带近似设计方程。如果在中心频率和带边频率上用微波元件实现，则得到宽带近似设计方程。4第四页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计--辅助方程与参数5第五页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计--辅助方程与参数6第六页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计--辅助方程与参数7第七页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—设计方程8第八页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—设计方程9第九页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—步骤（1）根据滤波器的通带和阻带的衰减指标，选择出适当的归一化低通原型。（2）计算表5-4所列各参数。（3）计算表5-5的阻抗矩阵元素和各耦合线段的偶模及奇模阻抗。10第十页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—步骤（4）根据偶、奇模阻抗决定耦合微带线的尺寸（宽度和间距）。（5）按式1决定耦合区的长度。（6）根据微带线开路端的边缘电容，对上述耦合区的长度进行修正。11第十一页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计--耦合区的长度耦合区（段）的长度的标称值为四分之一波导波长。在耦合微带线的情况下，由于偶模和奇模的相速不同，因此在选择耦合区的长度时要选用二者（四分之一偶模波长和四分之一奇模波长）之间的某一个数值：

式中：f0是通带中心频率，0是其对应的自由空间波长，c0是自由空间光速。（1）12第十二页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计--耦合区的长度其中

式中(vp/c)e和(vp/c)o分别是每个耦合段的偶模和奇模的相对相速，可由公式算出和用图表查出。一般限y0.25，可给出较好的结果。在设计时，还应当考虑半波长开路谐振器在两个开路端上的边缘电容。对这个边缘电容，可以减小谐振器的长度来补偿。（2）13第十三页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例设计微波带通滤波器，其指标是：中心频率：f0=5.0千兆赫（GHz）通带宽度：相对带宽 ，或 MHz通带衰减：等于或小于0.1dB。阻带衰减：在4.75GHz频率上至少有20dB的衰减。端接条件：两端均为50的微带线（ZA=ZB=50）14第十四页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例（1）确定低通原型：选用0.1分贝波纹的切比雪夫原型。该低通原型滤波器的阶次n，可以利用变换式

在本例情况下，BW=0.25GHz，f0=5GHz，f=4.75GHz，由此得到

查出，n=4。归一化低通原型的元件值为：

g0=1，g1=1.1088，g2=1.3061，

g3=1.7703，g4=0.8180，g5=1.355415第十五页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例（2）计算表5-4所列各参数：

16第十六页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例滤波器采用对称的耦合微带线结构，因此两末端选择17第十七页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例（3）计算表5-5中阻抗矩阵元素和偶、奇模阻抗：

18第十八页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例各耦合段的偶、奇模阻抗的计算结果列于表5-6中。表5-6各耦合的偶、奇模阻抗计算值19第十九页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例选用r=8.8的陶瓷材料作为微带滤波器的基片，其厚度h=0.7毫米，根据表5-6的数据，可计算出各耦合微带线的尺寸，如表5-7。20第二十页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例（5）决定每个耦合区的长度：首先需计算每个耦合区的偶、奇模相速，然后根据式（2）计算V值，最后按式（1）算出每个耦合区的标称长度。每个耦合区的偶、奇相速可以利用下图近似估计出来。21第二十一页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例耦合区的奇偶模相速22第二十二页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例（6）边缘电容的修正：具有开路终端的每条微带线应减小的长度lk–1,k，可从（3）算出。对于第1和5耦合区，l01=l45=0.36h=0.252毫米，其余耦合区长度的修正量为l12=l23=l34=0.38h=0.266毫米。e为微带线有效介电常数。（3）23第二十三页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例由此得所设计的半波长开路谐振器平行耦合滤波器的结构尺寸的汇总表，其标注如右图。

24第二十四页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例实际制成的该滤波器的实物照片如图5-31所示。图5-31例示的半波长谐振器平行耦合滤波器的实物照片25第二十五页，共二十八页，2022年，8月28日微带半波长平行耦合滤波器设计—实例测试频率特性。

26第二十六页，共二十八页，2022年，8月28日发夹型滤波器半波长微带谐振器平行耦合滤波器的优点是结构简单，制作容易，但频率较低时占用基片面积大。在低频应用时，缩小基片占用面积的途径有二，一是用高介电系数的基片，二是把平行耦合结构改为图示发夹型结构。27第二十七