腔體濾波器的設(shè)計中耦合窗口的計算

1、腔體濾波器的設(shè)計中耦合窗口的計算作者:馬軍昌魏文珍來源:科技創(chuàng)新導(dǎo)報2011年第15期摘要:根據(jù)螺旋濾波器耦合窗口,通過螺旋線與諧振桿轉(zhuǎn)換,得出腔體耦合窗口的計算,與實例有很好的吻合。關(guān)鍵詞:同軸腔體濾波器耦合窗口面積等效中圖分類號:O431.2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(201105(c-0082-02腔體濾波器諧振腔之間的耦合窗口問題比較復(fù)雜,用數(shù)學分析的方法來解決比較困難,尤其耦合窗口的高度與耦合系數(shù)之間的關(guān)系,目前還沒有準確的數(shù)學分析和計算?，F(xiàn)在可以借鑒的技術(shù)只有螺旋諧振器的耦合系數(shù)與窗口高度之間一個關(guān)系曲線。如果將其通過等效轉(zhuǎn)換,將螺旋線等效為腔體濾波器的諧振桿,

2、那么問題將會得到解決。為了更好的說明這個問題,在推導(dǎo)完成之后,再通過一個例題去驗證它。1 同軸腔體之間的耦合1.1 耦合窗口高度和耦合系數(shù)之間的關(guān)系螺旋濾波器的窗口h的定義如圖1所示。通過實驗的方法得到如下的關(guān)系曲線見圖1上圖:圖中:K耦合系數(shù);h窗口高度;d螺旋線直徑上圖曲線可以簡化為下列公式:10-3=0.071(h/d1.91(1上式中的K耦合系數(shù)、是按預(yù)畸設(shè)計法得到的。所謂預(yù)畸設(shè)計法:為了在元件有耗的情況下準確地實現(xiàn)各類響應(yīng),須把元件的損耗預(yù)先考慮進去,然后進行綜合得出有耗時的設(shè)計參數(shù)來。這時除通帶內(nèi)附加一固定損耗外,響應(yīng)曲線與無耗情況一樣,這就是預(yù)畸設(shè)計法。顯然,不同的損耗,綜合出來

3、的數(shù)據(jù)是不同的。通過上面一個公式明顯解不出我們需要的h,因此還需要引入另一個參數(shù)K,K是歸一化的耦合系數(shù).在低通原型濾波器中,將耦合系數(shù)定義為:K12=12/3dB12相鄰兩元件的實際諧振頻率3dB濾波器通帶邊緣衰減3分貝處的實際頻率而耦合系數(shù)i,i+1=Ki,i+1×f 3dB/f 0(2上式中:f 3dB為3dB帶寬f 0為中心頻率Ki,i+1為相應(yīng)已的低通原型中第i支路和第i+1支路間的耦合系數(shù)在實際設(shè)計中f 3dB是已知數(shù);f 0是已知數(shù);Ki,i+1當濾波器的節(jié)數(shù)和設(shè)計原型確定后,可以通過查表的形式得到。這樣通過(2式既可求出i,i+1,將它代入(1就可以解出h/d。1.2

4、 螺旋線與諧振桿通過以上公式可以看出,只要知道d就可以解出窗口的高度h,在螺旋濾波器中d是可以確定的,而在同軸腔體濾波器中如果將諧振桿和螺旋線作一等效,問題將得到解決。螺旋濾波器:阻抗:Zc=25×104/f 0DD內(nèi)腔直徑(cm當Q值最大時:d/D0.55d螺線管平均直徑(cm代入上式有:Z0=137.5×103/f 0d(3同軸腔體圓柱腔:ZC1=138lg(D 1/d 1 (4D 1-同軸腔體圓柱腔內(nèi)徑d1-同軸腔體圓柱腔諧振桿直徑令ZC1= Z0則有:138lg10(D1/d1=137.5×103/f 0d所以:d=10×103/f0lg10(D

5、1/d1(cm(5方法同上,可以得到d =10×103/f 0 lg10(D1/d1+0.025(cm (6可見我們利用螺旋濾波器耦合窗口的計算方法,通過轉(zhuǎn)換,將腔體濾波器的腔體,諧振桿等效為螺旋濾波器的腔體和螺旋線,再通過螺旋濾波器的理論去計算出它的耦合窗口。2 舉例例:通帶頻率:21102170(MHzf 3dB66.6MHz矩形單腔:40×40×27(mm諧振桿直徑:15mm,高20.8mm節(jié)數(shù):8計算滿足通帶頻率的各耦合出口的寬度,深度。計算:(1采用切比雪夫0.01波紋(2查表得歸一化耦合系數(shù)K12=0.8430;K23=0.5673;K34=0.519

6、8;K45=0.5098K56=0.5198;K67=0.5673;K78=0.8430因為:i,i+1=Ki,i+1×f3dB/f0代人Ki,i+1得到:12=78=26.259×10-323=67=17.671×10-334=56=16.192×10-345=15.88×10-3。(3求d因為:d=10×103/f0lg10(D1/d1+0.025代入f0=2140,D1=40,d1=15得:d=10.36mm。(4求h/d由公式(1得:hi,i+1/d=(Ki,i+1/711/1.91代入前面求出的Ki,i+1可以得到:h12/d=0.594;h23/d=0.483;h34/d=0.461;h45/i=0.457解出h后根據(jù)腔體間的隔板厚進行修正(修正值在1.07522.4之間。(5面積等效計算h后根據(jù)面積等效的方法,等效出實際加工的窗口寬度W和深度H(如圖2。圓柱腔的面積等效方法同上,直徑同矩形腔的邊長。注:等效運算方法:邊長(直徑×h=W×諧振桿的高,如圖1。邊長(直徑×h=W×H如圖2。(6結(jié)構(gòu)圖(如圖3。3 結(jié)語通過以上推算和等效轉(zhuǎn)換,將復(fù)雜的同軸腔體濾波器耦合窗口的計算變得簡單化,經(jīng)過十幾種不同頻率和帶寬的濾波器實踐,證明是可行的.現(xiàn)在的設(shè)