梳状滤波器详述

1、1滤波器设计2设计实例-2梳状滤波器设计梳状滤波器设计3滤波器技术参数滤波器技术参数滤波器要求的技术参数；滤波器要求的技术参数；中心频率；中心频率；400MHz；带宽：带宽：15MHz；带内波动：小于带内波动：小于0.1dB带外抑制度：偏离中心频率带外抑制度：偏离中心频率25MHz；大于；大于40dB；初步确定采用初步确定采用ChebyshevChebyshev型型7 7阶梳状滤波器阶梳状滤波器4低通原型滤波器（查出标准化低通原型滤波器（查出标准化G值）值）5建立低通原型滤波器电路模型建立低通原型滤波器电路模型6原型低通滤波器机仿真结果原型低通滤波器机仿真结果7K变换器或变换器或J变换器变换器

2、 把把LC低通原型变换成只有一种电感元件或只有一种电容元件的低通原型，低通原型变换成只有一种电感元件或只有一种电容元件的低通原型，称之为称之为变形低通原型。在在LC梯形低通原型的各元件间加入梯形低通原型的各元件间加入K变换器把电容变换成电感，最后得到只把电容变换成电感，最后得到只有电感的低通原型。有电感的低通原型。在在LC梯形低通原型的各元件间加入梯形低通原型的各元件间加入J变换器把电感变换成电容，最后得到只把电感变换成电容，最后得到只有电容的低通原型。有电容的低通原型。8K变换器工作原理变换器工作原理 K Z L Z L K 2 j L + Z G K L Z G K L Z L K 2 K

3、 2 Z G Z L K 2 j L + 1 Z L + 1 L K 2 j C K 2 Z G Z L K 2 j L + 1 Z L + 1 L K 2 j C Z G Z G Z L Z L C = L K 2 变换的原则变换的原则: 变换前后滤波器低通原型的衰减特性不变。为此，只要保证变换前后输入导纳（或阻抗）之比为一常数（从而可保证反射系数不变，进而衰减特性不变）9K变换器设计公式变换器设计公式其中，其中，RA是变换后信号源的内阻；是变换后信号源的内阻；La,1是变换后第一个串联电感值是变换后第一个串联电感值 ； La,k是是变换后第变换后第k个串联电感值；个串联电感值；RB是变换后

4、负载的阻值。是变换后负载的阻值。10J变换器设计公式变换器设计公式其中，其中，GA是变换后信号源的内部电导；是变换后信号源的内部电导；Ca,1是变换后第一个并联电容值是变换后第一个并联电容值 ； Ca,k是变换后第是变换后第k个个并联电容值并联电容值 ；RB是变换后负载的导纳。是变换后负载的导纳。117阶阶Chebyshev变形低通原型滤波器的变形低通原型滤波器的K值值令，K变换器计算公式中并考虑到， 7阶Chebychecv低通原型低通原型滤波器中， 最后得K变换器的变比分别为，12归一化变形低通原型滤波器归一化变形低通原型滤波器K K0101K K1212K Kk,k+1k,k+1K Kn

5、,n+1n,n+1Z ZL L=1=1归一化即滤波器的工作带宽是1Hz(是w，不是f)。如果，滤波器要求的相对带宽为bw，则应对滤波器去归一化。13变形低通原型滤波器转换电路变形低通原型滤波器转换电路14变形低通原型滤波器仿真结果变形低通原型滤波器仿真结果15对相对工作带宽对相对工作带宽bw去归一化去归一化去归一化原理：如果，我们需要把在角频率呈现的阻抗移动到角频率*bw，则电感值需要改变为L/bw。电感L在角频率的阻抗为jL；电感Lx在角频率*bw的阻抗为j (*bw) Lx；如果，令jL= j (*bw) Lx，可以解出，x=1/bw在K变换器计算公式中，令：16对对bw去归一化变形低通原

6、型滤波器去归一化变形低通原型滤波器ZL=117归一化带通滤波器归一化带通滤波器在前面的对bw去归一化低通原型滤波器中用1H电感和1F电容组成的串联谐振回路代替原来的1H电感。就构成了一个谐振频率为1Hz，相对带宽为bw的归一化带通滤波器g = 1 0 1 bw / g 1 g g 1 2 bw bw / g N g g i j bw 1 1 1 1 1 ZL=118对工作频率对工作频率r r去归一化去归一化假设串联谐振回路的电感和电容分别为L1和C1，在频率的阻抗为：如果工作频率转移到r，在新频率新串联谐振回路的阻抗为，若新串联谐振回路在频率r与旧回路保持相同的阻抗，则新谐振回路的电感Ls和电

7、容Cs分别为，11()()rrsrsZjLC11;ssrrLL CC把=1；L1=1和C1=1代入上式，得：1111;22ssrrrrLHenry CFaradff19带通滤波器带通滤波器ZL=1其中：1111;22ssrrrrLHenry CFaradff1221rrff fffbwf起始频率中止频率20在串联谐振回路中引入串联电阻在串联谐振回路中引入串联电阻RS根据电路理论，串联谐振回路的Q值为：02rssf LQR考虑到， 串联谐振回路的电阻为，0021rssf LRQQ；12srLf引入有限的Q0值后，谐振腔的频率偏移位：012fQ 21有载有载QL值和无载值和无载Q0值值 中间谐振腔

8、：中间谐振腔：腔体的损耗有两部分；腔体材料产生的损耗（金属材料趋肤效应产生的欧姆损耗和介腔体材料产生的损耗（金属材料趋肤效应产生的欧姆损耗和介质材料质材料tan产生的介质损耗）产生的介质损耗）相邻腔体耦合的能量与外电路连接的腔：与外电路连接的腔：腔体的损耗也有两部分；腔体材料产生的损耗（金属材料趋肤效应产生的欧姆损耗和介质材料tan产生的介质损耗）与外电路和相邻腔耦合的能量与外电路和相邻腔耦合的能量202001212rrfQffQ 1010011221122rLrLfQQffQQ 12011LgQKbw221-50欧姆阻抗变换器欧姆阻抗变换器K Z L Z L K 2 Z = IN 1;50;

9、50LinZZK注意：归一化带通滤波器的输入/输出阻抗均为1 。通常，外接传输线的阻抗为50，并且具有一定的长度。所以，需要在设计中考虑外接50传输线的变换。23用什么表示用什么表示K变换器变换器lK Z L Z L K 2 Z = IN ZinZLZ024带通滤波器等效电路及仿真结果带通滤波器等效电路及仿真结果12801201400;400;150.0375;4001 10 ;131.498089rrLfMHz fMHzMHzbwMHzQgQKbw 1212232334340.0289268;0.0217117;0.0206465;70;bwKg gbwKg gbwKg gZULmm1111

10、11102222111011;222;11;222;ssrrrssssrrrssLCfff LRQLCfff LRQ25带通滤波器仿真结果带通滤波器仿真结果26带通滤波器仿真结果带通滤波器仿真结果27建立中间腔体计算模型建立中间腔体计算模型 A=30mm B=60mm C=120mm R1=5mm R2=6mm R3=8mm L=114.5mm H=15mmCABLHR3R2R128计算结果计算结果1、确定腔体Q0值；2、确定中间腔体的几何尺寸02700;114.69;QLengthmm29相邻腔体的耦合系数相邻腔体的耦合系数在腔体耦合较弱的条件下，耦合系数可用下式计算：在腔体耦合较弱的条件下

11、，耦合系数可用下式计算： K12 = 2(f2-f1) / (f2+f1)在腔体耦合较强时，耦合系数用下式计算：在腔体耦合较强时，耦合系数用下式计算： K12 = (f22-f12) / (f22+f12)电路的负载电路的负载Q值为：值为： QL = fR / BW3dB 30计算耦合系数的模型计算耦合系数的模型 A=30mm B=120mm C=120mm R1=5mm R2=6mm R3=8mm L=114.5mm H=15mm S=27(表面之间距离)S31耦合系数计算结果耦合系数计算结果由滤波器的值，确定：1223340.02893;0.02171;0.02065;KKK1223342

12、5.513;28.291;28.767;lmmlmmlmm32有载有载Q值计算模型值计算模型 同轴线内导体半径1.5mm 同轴线外导体半径3.5mm 耦合天线圆盘半径13mm;厚度4mm 耦合天线与园柱表面的距离1.94mm 耦合天线,x向长20，y向高度29mm29mmd20mm33QL计算结果计算结果1、由腔体QL值确定天线距离；2、确定边缘腔体的几何尺寸1.879;113.399;dmmLengthmm34Initial Filter Design in HFSS Filter Theory :Resonant frequency of the outermost resonators

13、fR1= 400 MHz Resonant frequency of the inner resonators fR2= 400 MHz Loaded Q QL=31.498 Coupling coefficients K12=0.02893 , K23=0.02171 , K34=0.02065 HFSS Calibration:Length of the two outermost resonators = 113.399 mm Length of the five inner resonators = 114.69 mm Antenna distance = 1.879 mmDistances between resonators are 25.513 mm , 28.291 mm , 28.767 mm 35HFSS计算模型计算模型36HFSS仿真结