微波电路与系统(17)

1、微波电路与系统(_)第17讲射频滤波器(I)电子科技大学贾宝富博士University of Electronic Science and Technology of China第17讲内容:基本概念 :低通原型滤波器 :低通滤波器的实现 :倒置变换器心变形低通原型滤波器教材77/8317.1基本概念在射频系统中通常需要把信号频谱中有用的频率信号分离出来，滤除无用的其他频率信号, 完成这一功能的器件称为滤波器。申通常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性。根据衰减特性不同，滤波器通常分为XJ低通、高通、带通和带阻滤波器。采用工作相移来描述滤波器的相位特性。 有时需要线性相位滤波器。通带阻带fl/低

2、通滤波器阻带通带fl高通滤波器XJ阻带通带阻带flf带通滤波器通带阻带通带fl f带阻滤波器淺斗理想的滤波特性用有限个元件无法实现因此,7 实际的滤波器只能逼近理想滤波器的衰减特性。衰减；L衰减：.1f1过渡带Ir通带厶 / LJ/1阻带一Vi/阴带一$ 12频率A$2a)低逋谑破器特性 12(由网络综合法，可以得到搓形电路形式的低通 原型滤波器元件值gk = 2sin(2-l) k 二2 用2/7&+i 二1r25dB,输入、输出阻抗为50欧。解： g = 10% =0.023f_cos - cox =1.78= 4.62n = 5（2）求低通原型归一化元件值目=甌=11468 g2 二 g

3、斗二 L3712 自=1.9750Se =1 0000（3）选用电容输入式电路，反归一化，得到各 元件的真实值为：G 二G 二再二 10KM)C厂弓=1.75(声)=3.02(77/7)4l4=-Z-Go rrr50Q 50Q电路仿真结果表明，满足指数指标，且在通带内SllandS21|片 | 一 16.49QB, p mmL=I1 mmL=I2 mmL=I3 mmL=I2 mmL=I1 mmPORTK=1K=1K=1K=1K=1P=1A=0A=0A=0A=0A=0Z=5DOhm F=0.1 GHzF=0 1 GHzF=0.1 GHzF=0.1 GHzF=0.1 GHzPORTP=2Z=50

4、Ohm11=3.0312=6.613=5.25d0=16 d1=13.6 d2=1.60.012.014.016.01Frequency (GHz)申从仿真结果看,与指标稍有偏差,可以通过适当调整各段同轴线长度修正之。在Micro wave Office软件中，采用调节器(tune)调整,最终得到满意的结果。/1=/5=2.75cm, ?2=/4=66cm，/3=4.7cm专仿真中没有加入高低阻抗同轴线间的阶梯，因 此修正后的仿真结果与实际结果还会有一定的 差距。心调整后的仿真结果s210-1020-300012.014.016.01Frequency (GHz)-4050开路、短路短截线法【

5、例17-2设计微带线低通滤波器,技术指标为:截止频率fSGHz,通带最大衰减O.ldB,在 f=10GHz上，阻带衰减大于30dB,输入、输出线 的特性阻抗为50Q。解：（1）确定低通原型:采用切比雪夫原型，SZ4r=0.1dB, a）；=2可得:各归一化元件值为1=5=1 1468, &2=&4=137123=1.9750,航=1:选用电感输入式电容输入、输出阻抗Zo=5OQ,各元件的感抗和容抗为:coxL = cdxL5 = Zog1 = 57.34Q= 1.825/7/C = C4 = Zg2 = 27.42C2=C4=0.872pF 厶=ZQg = 98.75Q厶二3.14知刃： MW

6、O电路仿真结果表明, 通带内满足指数指标，且在S11-1658dB, pL3oPORTP=1Z-50 OhmINDINDINDPORTID=L1ID 二 L3ID 二L5P 二2L=1.825 nHL=3.143nHL=1.825nHz二50 Ohm集总电路模型*:*电路模型仿真结果Sllaud S21选定微带的介质基片（3）选定的介质基片为氧化铝陶瓷基片，它的 相对介电常数sr=9.6,基片厚度h=0.8mnio 设计各电感线采用高阻抗微带线实现串联电感。选特性 阻抗为90.960,则微带线形状比为 W/h=02,有效介电常数8 =5.93oAeh A / -Jse - 24.63）/uhv

7、pl. = 3x 10l 1= 1.23x 1011 mm s?5 =厶VPh 7 Z0h = 2.47W77773 SphZh =4.25 加加(4) 设计各电容线采用开路短截线实现并联电容，根据开路线公式12/r取Z=33+87欧，则 W2 二2.0方,匚二6.9 ,故线宽度耳;=l.6mm在截止频率处，波导波长=22.8477?m22/r0上2二万一够一Z OLAL采用两条开路线并联，所以4 = - gT 色 2彳皿=1.58W7W7 2/T2（5）修正不连续的影响通常将线缩短，对于氧化铝陶瓷基片，有经验XJ申为了修正各电容线的开路端的边缘电容影响,公式i = 0.33/1 = 0.26

8、4mm:为了修正十字接头对电感线的影响，通常将电感线增长，对于氧化铝陶瓷片，有经验公式Ao = 0.2 x 1.6 = 0.32mm:于是，修正后各线段长度为- /5 = ?! + 0.32 2.79mm12 = /2 - 0.264 = 1.316mm/3 = /3 + 2 x 0.32 = 4.89mm1严1ip11L1i 一41 -儿一*;26审微带结构图（6）采用Microwave Office仿真，并加以调整。小微带低通滤波器电路模型*3维电路版图S31 |仿真结果Frequency (GHz):可以看出，在12GHz附近出现了寄生通带, 使得衰减不能达到指标要求。:为此，首先调整人

9、，使寄生峰远离，然后调 整!2、巧和人，攻满足指标要求，调整后尺 寸为1 2=2.3mm, 13=2.7mmWj=0.16m m, w .=L Omm:修正后的I S?】Frequency (GHz)17.4倒置变换器小在后面介绍的变换中，需要倒置变换器。承倒置变换器分阻抗倒置变换器（又称K变换器） 和导纳倒量变换器（又称J变换器）o讥KJK14K变换器定义为牛0 J/Jm心_jj 0 _J变换器定义为A可见，倒置变换器的一个重要的特点:能够把终端负载阻抗，在它的输入端倒置过来。:*倒置变换器常用的实现方式有三种:分布型、混合型和集总型。分布元件K/J变换器:* -段长为九/4的传输线A矩阵为

10、小01jZ0A可见，一段九/4传输线具有阻抗（或导纳） 倒量变换作用，因此可以作为K （或J） 变换器，并且K二Z。（或J=Y） o混合元件K/J变换器ZqZqcos(9 jzj sin ejz sin ecos 9cos 6jZQ sin 31 jZ sin 3 cos&2X.sin2 cos2 0sQ肓j(ZQ sin 2 6+ sin2 8)Xcos 2 + -sin 26 IXo JK jK 0cos 2(9 + 乙厶血 2。二 02X oZo sin 20 + -sin2 0 -sm2 cos B _ 1厂c1r 2无0 - arctg2t Zo J厶(K/Z J -1/*同理，对于

11、J变换器1 6 = nrcig 一2 IBJB = cm) -i集总元件K/J变换器o jKJ/K 01十亠二012+ 1T=K4 2 )1_ 1K同理，对于J变换器K二兀 车=-K=禺 By 二J平行耦合线J变换器心可以等效为两端开路的1/4波长平行耦合线等效条件8 =兀/2Z0Z01 + JZ0+(7Z0)2Z0o=Z0l-7Zo+(7Z0)2丿【证明】斗对于平行耦合线，特性阻抗矩阵参数为厶1 二乙2 二乙3 二 Z* 二# (Zg + ZoJcot &厶2 二為二 Z34 二Z43 =#(Ze-ZojcoteZ13 =Z31 =Z24 =Z42 =-(Z0e-Z0o)csc6zi4 =Z41 = Z23 =Z32 =-(Z0e + Z0o)csc二：2端口和4端口开路，则林=厶 +厶3厶乙二召厶十厶仏厶二尹“纠-厶）二尹争（-厶）31ZlZ31Z3I77 7 7 771K二宁耳十勺邑子q（厶）=牛耳+*（-厶）31Z31乙31乙 3命于是，2端口和4端口开路的平行耦合线 构成的双端口网络的A矩阵为1N31N汉Z沁:另一方面，J变换器与传输线连接所构成的网 络的A矩阵为込=COS0 j sill 6cos 6?0jJ*) sin 9 cos