模擬濾波器的設(shè)計

1、第1章 微波濾波器1.1 微波濾波器的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢 發(fā)展歷程1915年，德國科學(xué)家K.W.Wagn-er開創(chuàng)了一種以“瓦格納濾波器”聞名于世的濾波器設(shè)計方法，與此同時，在美國，G.A.Canbell則發(fā)明了另一種以圖像參數(shù)法而知名的設(shè)計方法。1917年，兩國的科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年美國第一個多路復(fù)用系統(tǒng)面世。從此許多科研人員開始積極地和系統(tǒng)地對采用集總元件電感和電容的濾波器設(shè)計理論的研究。隨著濾波器設(shè)計理論的深入研究、材料領(lǐng)域的不斷進(jìn)步及工作頻率的日益升高，濾波器設(shè)計由原先的集總參數(shù)元件濾波器逐漸擴(kuò)展到分布參數(shù)元件濾波器。1939年，P.D.Rich-temeyer報道了介電濾

2、波器，由于當(dāng)時材料的溫度穩(wěn)定性不高使用該種濾波器不足以實際應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來，隨著陶瓷材料的發(fā)展，介電濾波器的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。近年來，小型化的趨勢促進(jìn)了各種類型微帶濾波器的發(fā)展。20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了高臨界溫度超導(dǎo)材料，被認(rèn)為極有可能用于設(shè)計出極低損耗和極小尺寸的新穎微波濾波器。目前，高溫超導(dǎo)濾波器已逐步使用在軍事和商業(yè)領(lǐng)域。發(fā)展趨勢階躍阻抗諧振器濾波器：階躍阻抗結(jié)構(gòu)的傳輸線諧振器久為人知，但一般用阻抗變換器。階躍阻抗諧振器是由兩個以上具有不同特性阻抗的傳輸線組合而成的橫向電磁場或準(zhǔn)橫向電磁場模式的諧振器。根據(jù)此諧振器設(shè)計的帶通濾波器比一般的發(fā)夾線微帶濾波器尺寸小一半以上，此外，

3、通過調(diào)節(jié)耦合線段與非耦合線段的阻抗比，還可以控制寄生通帶在頻率軸上的位置，從而具有較好的抑制諧波性能。另外，此諧振器與已知的平行耦合線、發(fā)夾型、交指型等結(jié)構(gòu)相結(jié)合，又能設(shè)計出滿足不同性能要求的濾波器。在基于多媒體的全球個人通信系統(tǒng)中將表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。有源微波濾波器；蜂窩通信、GPS和電視廣播等微波系統(tǒng)，一般要求使用低價格、高性能、全集成的商用收發(fā)設(shè)備。但該頻段的集成諧振器的Q值較低、損耗較高。利用有源器件的負(fù)阻特性去抵消諧振電路的損耗來改善Q值，是微波有源濾波器的基本原理，Q值得改善降低了濾波器的通帶消耗提高了阻帶抑制，使矩形系數(shù)得到了明顯改善。微波有源濾波器的目的是不失真地通過所要求的通

4、帶信號，同時盡可能大地抑制不需要的阻帶信號。因此，研究和發(fā)展微波有源濾波器是實現(xiàn)該頻段低損耗和高性能微波集成濾波器的重要手段，具有很大的市場潛力。1.2 微波濾波器的常見參數(shù)插入衰減（IL）：傳輸功率與輸入功率之比，以dB為單位，表示為：式中是輸入端的反射系數(shù)。的波紋：表示相應(yīng)幅度的最大值與最小值之差，以dB為單位。帶寬：對于帶通濾波器，定義為通帶內(nèi)對應(yīng)于3dB衰減量的上變頻與下變頻的頻率差，即阻帶抑制：通常以60dB作為阻帶抑制的設(shè)計值。品質(zhì)因數(shù)（Q）：定義為在諧振頻率下， 平均儲能與一個周期內(nèi)平均耗能之比。Q描述了濾波器的頻率選擇性，Q越高，帶寬越窄，諧振曲線越尖銳，頻率選擇能力越強(qiáng)。各種

5、品質(zhì)因素的關(guān)系為：式中總功耗（對應(yīng)有載品質(zhì)因素）包含濾波器的功耗（對應(yīng)無載品質(zhì)因數(shù)）及外界負(fù)載的功耗（對應(yīng)外部品質(zhì)因素）。越高，插入損耗IL越低。1.3 幾種常用微波濾波器的比較1微帶濾波器頻率范圍：500MHz6GHz。帶寬：10%30% 。插入損耗：5dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.8 ：1。2交指腔濾波器頻率范圍：800MHz16GHz。帶寬：10% 100%。插入損耗：0.52dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.5 ：1。3梳狀線腔濾波

6、器頻率范圍：500MHz6GHz。帶寬：1%40%。插入損耗：0.52dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.5 ：1。4螺旋腔濾波器頻率范圍：30MHz1.2GHz。帶寬：0.1%20%。插入損耗：0.53.5dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.5 ：1。5同軸腔濾波器頻率范圍：800MHz16GHz。帶寬：0.1%10%。插入損耗：0.52.5dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.4 ：1。6波導(dǎo)濾波器頻率范圍：240GHz。帶寬：0.1%20%。插入損耗：0.53dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.3 ：1。7小型集總參數(shù)濾波器頻率范圍：101500MHz。體積：1型：48*19*14mm 2型：41*15*12mm。帶寬：10% 200%。插入損耗：0.55dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：插針、SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.5 ：1。以上各種濾波器工作溫度均為-40+60適合于各種軍工設(shè)備。第2章 微波濾波器的設(shè)計方法2.1 典型低通濾波電路及