微波濾波器和無源電路講座課件

管狀同軸濾波器設(shè)計管狀同軸濾波器設(shè)計1序言通常，管狀同軸濾波器是一種在無線通訊甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）頻段使用的濾波器結(jié)構(gòu)。其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、插入損耗小、帶外隔離高、寄生通帶遠(yuǎn)、功率容量大和便于安裝。但是，最近有國外廠商在網(wǎng)站上宣稱管狀濾波器可以覆蓋從超短波波段到X波段，相對帶寬從2%-50%這樣一個寬的范圍。因此，我們需要對這種類型的濾波器引起關(guān)注。由于這種濾波器結(jié)構(gòu)比較特殊。它是一種半集中參數(shù)的結(jié)構(gòu)。因此，它的設(shè)計方法與集中參數(shù)濾波器和分布參數(shù)濾波器都有區(qū)別。這種濾波器比較成功的設(shè)計方法是曲線擬合比較法和優(yōu)化方法。管狀濾波器可以做成帶通、低通、高通和帶阻類型。序言通常，管狀同軸濾波器是一種在無線通訊甚高頻（VH2管狀濾波器樣品管狀濾波器樣品3管狀濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)管狀濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)4管狀濾波器典型技術(shù)指標(biāo)管狀濾波器典型技術(shù)指標(biāo)5管狀帶通濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管狀帶通濾波器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種類型。一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第一個元件是并聯(lián)電容。另外一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第一個元件是串聯(lián)電感。拓?fù)漕愋停╝）拓?fù)漕愋停╞）管狀帶通濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管狀帶通濾波器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種類6拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)的結(jié)構(gòu)形式這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被廣泛用于窄帶濾波器設(shè)計。它既可以用于管狀濾波器設(shè)計，也被用于微帶線窄帶濾波器設(shè)計。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)的結(jié)構(gòu)形式這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被廣泛用于窄帶濾波器7拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)綜合過程低通原型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)綜合過程低通原型8中間段的等效電路KijKi+1j+1KijKi+1j+12Cs2Cs-jKij-jKij2Cs2CsjKij-jKi+1j+1-jKi+1j+1jKi+1j+1LsLsKLs值的選定受Kij-2Cs>0的限制。中間段的等效電路KijKi+1j+1KijKi+1j+12C9中間段的等效電路(續(xù))根據(jù)T形到Π形（星形）等效電路的計算公式，得C1C1C0CijCpijCpijCs須滿足的第二個條件。選擇Ls須滿足的條件。中間段的等效電路(續(xù))根據(jù)T形到Π形（星形）等效電路的計算公10端部等效電路端部為容性耦合的電路結(jié)構(gòu)，不能直接使用變換器等效。需要變換成如下的電路形式。端部等效電路端部為容性耦合的電路結(jié)構(gòu)，不能直接使用變換器等效11端部等效電路(續(xù)1)如果，令得到兩個等式（實部，虛部）。由兩個等式可以解出,和。但是由這兩個方程式確定，和是不完備的，也就是說解不是唯一的。存在多種可能的解。通常，為了方便加工，可以選擇一組和接近的解作為最后的解。端部等效電路(續(xù)1)如果，令得12端部等效電路(續(xù)2)如果，令。并且由得到兩個等式（實部，虛部）。有兩個等式可以解出和這個解就是唯一的。端部等效電路(續(xù)2)如果，令13

綜合步驟（1）綜合設(shè)計有兩種選擇，一種是先選定Ls，并在綜合過程中保持Ls不變。另外一種是選擇是先選定，并且令所有的只都相等。這里介紹第一種選擇的設(shè)計過程。先選定串聯(lián)電感Ls（令所有電感值相等）。根據(jù)設(shè)計指標(biāo)要求的中心角頻率ω0，工作帶寬計算相對帶寬FBW。計算其中，gi和Ωc是n階低通濾波器原型的元件值和截止頻率。綜合步驟（1）綜合設(shè)計有兩種選擇，一種是先選定Ls，并在綜14

綜合步驟（2）計算。其中，gi和Ωc是n階低通濾波器原型的元件值和截止頻率。綜合步驟（2）計算。15綜合步驟（3）確定中間各級相鄰電感之間串聯(lián)電容Ci，j+1和Cpi，j+1。綜合步驟（3）確定中間各級相鄰電感之間串聯(lián)電容Ci，j+1和16綜合步驟（4）確定濾波器源端的電容Cp0，C0，1和Cp1，可以先選定其中一個電容的值。根據(jù)前面的方程確定其它兩個電容的值。通常，可以把Cp0和Cp1的值選在Cpi，j+1的值附近。綜合步驟（4）確定濾波器源端的電容Cp0，C0，1和Cp1，17綜合步驟（4）在濾波器為非對稱結(jié)構(gòu)時，還需要確定負(fù)載端的電容值Cpn+1，Cnn+1和Cpn。綜合步驟（4）在濾波器為非對稱結(jié)構(gòu)時，還需要確定負(fù)載端的電容18設(shè)計實例（1）主要設(shè)計指標(biāo)：通帶范圍：回波損耗：RL=-20dB阻帶抑制：設(shè)計過程確定切比雪夫低通原型：計算中心頻率計算截止頻率由于，故令，設(shè)計實例（1）主要設(shè)計指標(biāo)：19設(shè)計實例（1）在理想條件下，，有，從而將回波損耗轉(zhuǎn)化為通帶內(nèi)的最大衰減。代入計算公式：所以取n=4。把n和Lar的值代入可以求出切比雪夫低通原型濾波器的歸一化值。設(shè)計實例（1）在理想條件下，20設(shè)計實例（2）電路結(jié)構(gòu)綜合：假設(shè)管狀濾波器結(jié)構(gòu)對稱，且端接50歐姆匹配負(fù)載，即：選定串聯(lián)電感均為。設(shè)計實例（2）電路結(jié)構(gòu)綜合：21設(shè)計實例（3）計算和：這里用優(yōu)化方法確定，和。這里把它們的初值選為：設(shè)計實例（3）計算和：22優(yōu)化用電路圖優(yōu)化用電路圖優(yōu)化結(jié)果：優(yōu)化用電路圖優(yōu)化用電路圖23優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化結(jié)果24計算同軸線階梯電容分別用高阻抗線和低阻抗線實現(xiàn)串聯(lián)電感和并聯(lián)電容。假定同軸線外導(dǎo)體的半徑為4.5mm，高阻抗線內(nèi)導(dǎo)體的半徑為0.5mm。低阻抗線內(nèi)導(dǎo)體的半徑為4mm。50歐姆傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體半徑為1.95mm。階躍電容Cd可以用下式計算：其中：50Ω到高阻線階躍電容：低阻線到高阻線階躍電容：計算同軸線階梯電容分別用高阻抗線和低阻抗線實現(xiàn)串聯(lián)電感和并聯(lián)25高阻抗線等效電路低阻抗線等效電路高/低阻抗線等效電路高阻抗線等效電路高/低阻抗線等效電路26同軸結(jié)構(gòu)的等效電路同軸結(jié)構(gòu)的等效電路27計算電感假定同軸線外導(dǎo)體的半徑為4.5mm，內(nèi)導(dǎo)體的半徑為0.5mm。同軸線的特性阻抗為：計算電感假定同軸線外導(dǎo)體的半徑為4.5mm，內(nèi)導(dǎo)體的半徑為028計算并聯(lián)電容假定同軸線外導(dǎo)體的半徑為4.5mm，內(nèi)導(dǎo)體的半徑為4mm。同軸線的特性阻抗為：CCpLCp11.471pF1.48mmCp122.583pF2.58mmCp232.137pF2.14mm計算并聯(lián)電