无源模块基础知识ppt课件

1、.内 容一一. . 微波滤波器基础知识介绍微波滤波器基础知识介绍二二. . 功分、耦合器基础知识介绍功分、耦合器基础知识介绍.一一. 微波滤波器基础知识介绍微波滤波器基础知识介绍n微波及其特点n滤波器的基本原理n带通滤波器技术指标n滤波器的实现形式n同轴谐振腔滤波器的结构.微波及其特点微波及其特点n微波是超高频率的无线电波，它的频率范围通常为300MHz300GHz，对应的波长从1m到0.1mm左右。0光速波长 =频率f.微波的特点微波的特点n频率极高n波长极短n能穿透电离层n量子特性.微波滤波器的基本原理微波滤波器的基本原理 n滤波器顾名思义就是对电磁波信号进行过滤，让需要的信号通过，抑制不

2、需要的信号，主要目的为了解决不同频段、不同形式的无线通讯系统之间的干扰问题，其特性可以用通带工作频段、插入损耗、带内波动、带外抑制、端口驻波比、隔离度、矩形系数、功率容量、群时延指标来描述。.滤波器的四种形式滤波器的四种形式n低通滤波器低通滤波器.n高通滤波器高通滤波器滤波器的四种形式滤波器的四种形式.滤波器的四种形式滤波器的四种形式n带通滤波器带通滤波器.n带阻滤波器带阻滤波器滤波器的四种形式滤波器的四种形式.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n通带工作频段通带工作频段 即滤波器允许通过电磁波的频率范围。通带的理解在生产过程提供的技术指标规定严格了的，不需要怎样的去按照上面的定义去具体

3、计算。也可以这样说，如果我们的差损要求是0.8db，通带需要10M的带宽，那么我们的通带就可以说成是0.8dB带宽为10M.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n插入损耗插入损耗 又称衰减,在理想情况下，插入到射频电路中的理想滤波器，不应在其通带内引入任何功率损耗.然而现实中我们无法消除滤波器固有的、某种程度的功率损耗.插入损耗定量的描述了功率响应幅度与0dB基准的差值,其数学表达式为:in= LPIL 10logP其中：PL是滤波器向负载输出的功率； Pin 是滤波器从信号源得到的输入功率。一般希望插入损耗越小越好。.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标滤波器频带中心损耗为： 其中n

4、是滤波器的谐振数目；Qu是谐振器的无载Q值；为相对带宽， （f2-f1）/f0.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n带内波动带内波动 指通带内信号幅度的起伏程度，又叫带内波纹或者通带波纹。在规定的带宽内,插入损耗最大点减去最小点的即为带内波动。受限于谐振器的固有Q值，一般希望尽可能的小。 .带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n带外抑制带外抑制 又称阻带抑制,理想的滤波器是矩形的，通带内的信号全部通过，通道外的信号全部过滤掉，但实际情况是，只能过滤掉一部分能量，带外抑制度反应了对过滤信号的衰减幅度,对不需要的频率点信号的抑制能力，一般希望尽可能的大。带外抑制这个概念实际上还是属于损耗

5、的范畴，只是我们现在所说指的是在通带外，信号的衰减已经被抑制得比较充分，这个具体的损耗值就是带外抑制的值。与滤波器的阶数与滤波器的阶数n n有关，有关，n n越大带外抑制越大。越大带外抑制越大。.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n隔离度隔离度 为了区分在有两个或者两个以上通带情况下（例如双工器，合路器）相互通带之间的带外抑制，这时我们统一称带外抑制为隔离。 以双工器为例说明：收发隔离是指在网络分析仪的两个通道分别接RX与TX端，而ATN端接50欧姆负载时，整个频段（TX的高端点与RX的低端点之间的带宽）或者两个通带内（RX频带内和TX频带内）S12或者S21的值。 .带通滤波器的技术指

6、标带通滤波器的技术指标n端口驻波比端口驻波比 端口驻波是衡量滤波器性能的一个关键指标，反映滤波器件与系统中其它部件的匹配程度。当系统不匹配时, 馈线上同时存在入射波Ei和反射波Er。在入射波和反射波相位相同的地方，入射波电压与反射波电压的幅度相加形成一个最大电压振幅Emax，称为波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压幅度相减形成一个最小电压振幅Emin，称为波节。其它各点电压的幅度值则介于波腹与波节之间，这种合成波称为驻波。.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n电压驻波比则是波腹电压与波节电压的比值，即iiEmax|E|+|Er|VSWR=Emin|E| |Er|.带通滤波器的技术指

7、标带通滤波器的技术指标n电压驻波比是衡量信号输入到器件端口时被反射回能量大小的指标。该指标另一个含义相同的名称是回波损耗，单位为分贝（dB），二者可如下换算：VSWR1VSWR+1回波损耗=20Log.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n矩形系数矩形系数 矩形系数是60dB带宽3dB带宽的比值,它描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度:60dBU60dB- L60dB3dBU3dB- L3dBBWffBWffSF.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n功率容量功率容量 滤波器的脉冲功率容量由滤波器中强电场对介质的击穿来确定，这与滤波器的结构和介质强度有关。 传输线所能传输的

8、最大平均功率，由其导体壁所允许的温升来决定。所允许的温升越高，传输线的平均功率容量越大。.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n群时延群时延 信号通过滤波器时的延迟时间，对于n阶带通滤波器，通带内的群时延可近似估计为：dntBW 其中：n为滤波器腔体的阶数；BW为通带的工作带宽（BW=f2-f1），单位是Hz。.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n端口反射时延端口反射时延 滤波器单节的反射时延可近似估计为：2dtBW 实际调试中可以控制端口抽头耦合线的高低和粗细来调节。.带通滤波器的技术指标带通滤波器的技术指标n双工器测试示意图：双工器测试示意图：网络分析仪 PORT1 PORT2

9、TX ANT RX(发射) (天线) (接收)双工器50网络分析仪 PORT1 PORT2 TX ANT RX(发射) (天线) (接收)双工器50.滤波器的实现形式滤波器的实现形式n集总参数滤波器集总参数滤波器n微带滤波器微带滤波器n同轴谐振腔滤波器同轴谐振腔滤波器n波导滤波器波导滤波器n介质腔体滤波器介质腔体滤波器.同轴谐振腔滤波器的结构同轴谐振腔滤波器的结构n同轴腔滤波器结构排列比较灵活，现在主要应用在移动通信频段领域（3003000MHz）。这种结构的优点是：结构通用，易于开发移植，适用移动通信全频段；调节范围大，对公差要求不高，非常适于初等产品的低成本生产；功率容量大，采用电耦合输入

10、输出，所以产品一致性和稳定性很好。 .单腔结构单腔结构 主要由谐振腔、谐振导体、调谐钉组成：.单腔结构单腔结构n无加载电容 .腔体级连腔体级连n相邻腔体之间通过窗口和螺杆来耦合级连相邻腔体之间通过窗口和螺杆来耦合级连.滤波器的结构滤波器的结构.滤波器的结构滤波器的结构.滤波器中的交叉耦合滤波器中的交叉耦合n交叉耦合的原理实际上就是引入传输函数的交叉耦合的原理实际上就是引入传输函数的零极点和副零极点，利用交叉耦合技术可以零极点和副零极点，利用交叉耦合技术可以大大的改善滤波器的带外抑制及时延和相位大大的改善滤波器的带外抑制及时延和相位特性，按结构及作用等一般分为容性交叉耦特性，按结构及作用等一般分

11、为容性交叉耦合、感性交叉耦合，不同的耦合有不同的作合、感性交叉耦合，不同的耦合有不同的作用。用。.感性交叉耦合感性交叉耦合.感性交叉耦合感性交叉耦合.容性交叉耦合容性交叉耦合.容性交叉耦合容性交叉耦合.容性交叉耦合容性交叉耦合.容性交叉耦合容性交叉耦合.二、功分、耦合器基础知识介绍功分、耦合器基础知识介绍 n定向耦合器定向耦合器n功率均分的功率分配器功率均分的功率分配器.概述概述 n功能 功分器/耦合器都属于能量分配器件，它们之间的不同之处在于：1. 功分器只能将能量等分等分成两路、三路或四路输出 2. 耦合器可将能量按任意比例按任意比例分配输出n用途在室内分布系统中，需将施主天线接收到的基站

12、信源通过同频或移频放大后再合理传送至室内各个房间/盲区，该过程要对输入信号进行多次/多通道的能量分配，功分器/耦合器即用于具体分配场合。.定向耦合器定向耦合器 定向耦合器可将能量按任意比例分配，其规格根据耦合端输出信号电平的大小划分，因此可以说有无穷多种规格。室内分布工程常用耦合器的规格及其基本性能如下：.定向耦合器规格分类定向耦合器规格分类定向耦合器定向耦合器耦合比例耦合比例耦合度耦合度直通损耗直通损耗5dB5dB耦合器耦合器1/31/3-5dB-5dB-1.65dB-1.65dB6dB6dB耦合器耦合器1/41/4-6dB-6dB-1.25dB-1.25dB7dB7dB耦合器耦合器1/51

13、/5-7dB-7dB-0.97dB-0.97dB10dB10dB耦合器耦合器1/101/10-10dB-10dB-0.46dB-0.46dB15dB15dB耦合器耦合器1/321/32-15dB-15dB-0.14dB-0.14dB20dB20dB耦合器耦合器1/1001/100-20dB-20dB-0.044dB-0.044dB30dB30dB耦合器耦合器1/10001/1000-30dB-30dB-0.0043dB-0.0043dB.定向耦合器原理定向耦合器原理n耦合器具有宽带性能，适应网优工程的覆盖需求。能覆盖GSM/DCS或CDMA/DCS频段，频率范围从800MHz2500MHz，约

14、3个倍频程。n定向耦合器采用带线结构形式，利用带线间的奇/耦模耦合量来控制耦合度，应用多节阻抗变换原理达到足够的带宽。n两个输出端分别称为主线端口和耦合端口；通常情况下，大部分能量都由主线端口输出，耦合端输出较少。与功分器类似，该配件在工程上亦用于对室内分布系统进行能量分配的场合。.定向耦合器部件定向耦合器部件输入信号输入信号耦合信号耦合信号直通信号直通信号输入端口输入端口主线主线/直通端口直通端口耦合端口耦合端口50副线副线主线主线主通道主通道.定向耦合器电路定向耦合器电路n定向耦合器是典定向耦合器是典型的型的4端口器件。端口器件。n耦合度主要是靠耦合度主要是靠控制主线和副线控制主线和副线之

15、间的距离来实之间的距离来实现的，间距越小、现的，间距越小、耦合度越大。耦合度越大。n端口作用端口作用直通：直通：1 2耦合：耦合：1 4隔离：隔离：2 4负载：负载：3端口端口5dB10dB20dB30dB1111222233334444.定向耦合器技术指标定向耦合器技术指标n工作频带工作频带：满足指标要求的工作频率范围。n耦合度耦合度：耦合端输出信号与输入信号功率的比值，是衡量耦合大小及区分耦合器规格的参数，可按照需要提出不同的耦合度指标，通常以分贝（dB）表示。 C（dB）10log(P4/P1)其中：P4为耦合输出功率，P1为输入信号功率。.定向耦合器技术指标定向耦合器技术指标n隔离度隔

16、离度：隔离度定义为输入信号功率P1与隔离端输出功率P3之比的分贝数。I（dB)=10log（P1/P3)n方向性方向性：方向性定义为耦合输出功率P4与隔离端输出功率P3之比的分贝数。D（dB)=10log（P4/P3).定向耦合器技术指标定向耦合器技术指标n插入损耗插入损耗：系统因定向耦合器的加入而使主线通道增加的损耗。因为耦合信号越大、直通信号越小，所以不同耦合度定向耦合器的插入损耗也不同。n耦合平坦度耦合平坦度：在工作频带内耦合端输出信号电平的起伏大小。输出越平坦性能越好。 n电压驻波比（电压驻波比（VSWR）：评价输入信号到耦合器各端口时被反射回来的大小，一般要求小于1.2。 n功率容量

17、功率容量：能承受的最大输入功率，通常为50W100W。.功率分配器功率分配器n微带功率分配器由微带线制成，利用多段阻抗变换器原理达到足够的带宽。n功分器规格是根据输出端口的数量进行划分的，室内分布系统中常用到的功分器有一分二、一分三、一分四等几种规格，它们每一路输出信号的功率分别等于输入信号功率的1/2、1/3和1/4。.二功分器二功分器n各端口输出能量是输入能量的1/2，即-3dB。输入输入输出输出输出输出实物实物.三功分器三功分器n各端口输出能量是输入能量的1/3，即-4.8dB。输入输入输出输出输出输出输出输出实物实物.四功分器四功分器n各端口输出能量是输入能量的1/4，即-6dB。输入输入输出输出输出输出输出输出输出输出实物实物.常用的三种功分器常用的三种功分器3dB3dB4.8dB4.8dB4.8dB6dB6dB6dB6dB.功分器技术指标功分器技术指标n工作频带工作频带：满足指标要求的工作频率范围，移动通信频带从800MHz2