滤波器双工器理论基础与设计

1、微波滤波器双工器理论基础与设计 微波滤波器双工器理论基础与设计微波滤波器双工器理论基础与设计 邸邸 英英 杰杰 2005年年1月月21日日 微波滤波器双工器理论基础与设计 2 1.微波滤波器双工器概述微波滤波器双工器概述 2.滤波器理论基础滤波器理论基础 3.微波滤波器设计实例微波滤波器设计实例 微波滤波器双工器理论基础与设计 3 1. 微波滤波器双工器概述微波滤波器双工器概述 l从功能方面，滤波器一般分为：低通滤波器、从功能方面，滤波器一般分为：低通滤波器、 带通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器、延带通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器、延 时滤波器等；时滤波器等； l对于带通滤波器，其主要性能指

2、标有：对于带通滤波器，其主要性能指标有： a) 通带频率；通带频率；b) 插入损耗；插入损耗； c) 回波损耗；回波损耗； d) 通带波纹通带波纹; e) 带外抑制；带外抑制； f) 功率容量。功率容量。 滤波器滤波器 端口端口1端口端口2 微波滤波器双工器理论基础与设计 4 q=2000 微波滤波器双工器理论基础与设计 5 双工器(duplexer/diplexer)是由两个滤波器组成的单元, 是三端口网络。 滤波器滤波器1 端口端口1 端口端口2 滤波器滤波器2 端口端口3 微波滤波器双工器理论基础与设计 6 l从实现形式，微波滤波器主要有：微带滤波从实现形式，微波滤波器主要有：微带滤波

3、器，波导腔体滤波器、介质滤波器等。器，波导腔体滤波器、介质滤波器等。 同轴腔体滤波器同轴腔体滤波器梳妆线滤波器梳妆线滤波器 微波滤波器双工器理论基础与设计 7 介质滤波器介质滤波器 波导滤波器波导滤波器 微波滤波器双工器理论基础与设计 8 2.滤波器理论基础滤波器理论基础 n cload inc lr k p p p 22 )(1 l最平坦型（最平坦型（butterworth）: 通带内插损和带外抑制通带内插损和带外抑制(-db, 图中，图中，k=0.3,1;n=5) )log(*10 lr p a)频率响应频率响应 微波滤波器双工器理论基础与设计 9 l等波纹型（等波纹型（chebyshev

4、）: )/(1 22 cnlr tkp 通带内插损和带外抑制通带内插损和带外抑制(-db, 图中，图中，k=0.3,1; n=5) 两种响应的比较两种响应的比较 微波滤波器双工器理论基础与设计 10 l椭圆函数型（椭圆函数型（elliptic function）: )(1 22 nlr ckp evennc oddnc c n n n n ppp zzz ppp zzz n , )()( )()( , )()( )()( )( 222 2 22 1 2 222 2 22 1 2 0 222 2 22 1 2 222 2 22 1 2 0 2/ 2/ 2/ )1( 2/ )1( 其中椭圆函数：

5、椭圆函数滤波器椭圆函数滤波器: （n=6,ripple=0.5db） 微波滤波器双工器理论基础与设计 11 b)电路模型电路模型指标指标 电路模型计算电路模型计算 滤波器尺寸滤波器尺寸 加工制作加工制作 调谐、测量调谐、测量 滤波器设计过程滤波器设计过程 微波滤波器双工器理论基础与设计 12 c= id= g1 pf c1 l= id= g2 nh l2 r= id= g0 ohm r v= id= 1 v v1 cap c= id= g3 pf c2 ind l= id= g4 nh l1 cap c= id= g(n-1) pf c3 ind l= id= g(n) nh l3 r= id

6、= g(n+1) ohm g 0 0 , r g c rg l c k k c k k res r= id= g0 ohm r1 v= id= 1 v v2 res r= id= g(n+1) ohm g1 c= l= id= c1 pf l1 nh lc1 c= l= id= c2 pf l2 nh lc2 c= l= id= c3 pf l3 nh lc3 c= l= id= c4 pf l4 nh lc4 c= l= id= c(n-1) pf l(n-1) nh lc5 c= l= id= c(n) pf l(n) nh lc6 滤波器低通原型。 0 12 210 0 0 ,),( 1

7、 000 0 000 0 , , r g c g r l rg c rg l k k k k k k k k 并联： ；串联： 带通滤波器 微波滤波器双工器理论基础与设计 13 l in z k z 2 阻抗逆变器： c= l= c1 pf l1 nh 1 2 3 4 dvdt id=k r= id= zl ohm g3 c= l= cr1 pf lr1 nh 1 2 3 4 dvdt id=k1 1 2 3 4 dvdt id=k2 微波滤波器双工器理论基础与设计 14 res r= id= ra ohm r2 dcvs v= id= 1 v v3 res r= id= rb ohm g2

8、slc c= l= id= cr1 pf lr1 nh lc8 slc c= l= id= cr2 pf lr2 nh lc10 slc c= l= id= cr(n) pf lr(n) nh lc12 1 2 3 4 id=k01 1 2 3 4 dvdt id=k12 1 2 3 4 dvdt id=k(n-1,n) 1 2 3 4 dvdt id=k(n,n+1) 10 0 1 10 10 01 1 1 01, , 2 , 1, gg lr k gg lr k nj gg ll k rnb nn ra jj jrjr jj 带通滤波器带通滤波器 rjrjc l 1 0 微波滤波器双工器理

9、论基础与设计 15 c= l= c1 pf l1 nh 1 2 3 4 dvdt id=j1 1 2 3 4 dvdt id=j2 l= id= lr1 nh lc13 l in y j y 2 导纳逆变器： 1 2 3 4 dvdt id=j res r= id= yl ohm g4 微波滤波器双工器理论基础与设计 16 带通滤波器带通滤波器 10 0 1 10 10 01 1 1 01, , 2 , 1, gg cg j gg cg j nj gg cc j rnb nn ra jj jrjr jj rjrjc l 1 0 res r= id= ga ohm r3 dcvs v= id=

10、1 v v4 res r= id= gb ohm g5 1 2 3 4 dvdt id=j01 1 2 3 4 dvdt id=j12 1 2 3 4 dvdt id=j23 1 2 3 4 dvdt id=j(n,n+1) c= l= cr1 pf lr1 nh c= l= cr2 pf lr2 nh c= l= cr(n) pf lr(n) nh 微波滤波器双工器理论基础与设计 17 110 1 1, , , 2 , 1, nn ebea jj jj gg q gg qq nj gg m 值：外部 耦合系数： 带通滤波器带通滤波器 微波滤波器双工器理论基础与设计 18 1.21.31.41

11、.51.61.71.81.922.12.2 frequency (ghz) graph 1 -40 -30 -20 -10 0 1.81 ghz -0.143 1.59 ghz -0.165 db(|s2,1|) schematic 2 ind l= id= 6.79 nh l1 plc c= l= id= 10 pf 1 nh lc1 plc c= l= id= 10 pf 1 nh lc2 port z= p= 300 ohm 1 port z= p= 300 ohm 2 22 22 1, me me jj ff ff m 耦合系数： 微波滤波器双工器理论基础与设计 19 c)微波谐振器微

12、波谐振器 plc c= l= id= 10 pf 1 nh lc1 slc c= l= id= 1 pf 10 nh lc1 微波滤波器双工器理论基础与设计 20 1.41.51.61.71.8 frequency (ghz) graph 2 -40 -30 -20 -10 0 db(|s2,1|) schematic 3 db(|s1,1|) schematic 3 slc c= l= id= 1 pf 10 nh lc1 port z= p= 1 ohm 1 port z= p= 1 ohm 2 plc c= l= id= 10 pf 1 nh lc1 res r= id= 1 ohm r

13、1 port z= p= 1000 ohm 1 port z= p= 1000 ohm 2 1.41.51.61.71.8 frequency (ghz) graph 3 -40 -30 -20 -10 0 db(|s1,1|) schematic 4 db(|s2,1|) schematic 4 微波滤波器双工器理论基础与设计 21 00 0 0 0 0 0 ) 2 1 ( 1 q j rc l r q rcr l q qq 并联谐振电路： 串联谐振电路： 腔体消耗功率 腔体平均储能 值： 微波滤波器双工器理论基础与设计 22 d)微波谐振器间耦合微波谐振器间耦合 22 22 1, me me jj ff ff m 耦合系数： 微波滤波器双工器理论基础与设计 23 3.微波滤波器设计实例微波滤波器设计实例 滤波器指标：滤波器指标： 通带：通带：2110mhz-2170mhz; 插入损耗：插入损耗：0.5db; 带内波动：带内波动：0.4db 回波损耗：回波损耗：20db; 带外抑制：带外抑制：50dc1600mhz； 5019201980mhz ； 452.5-3ghz 微波滤波器双工器理论基础与设计 24 通带波纹与回波损耗通带波纹与回波损耗(认为谐振器无损耗认为谐振器无损耗) )101log(10 )|1log(10|)log(|20 10/ 2 2111 ripple