微波电路与系统(18_1)

1、电子科技大学 贾宝富 博士微波电路与系统（一）第18讲 射频滤波器(I) 17.3微波低通滤波器的设计方法n基本步骤低通滤波器技术指标低通原型滤波器综合RF/微波结构实现特性仿真或实物测试低通滤波器元件值使用软件可一次完成17.3微波低通滤波器的设计方法n微波低通滤波器的设计过程大致可分为3个步骤：(1)根据滤波器的预先给定的技术指标，设计出一个LC梯型网络低通原型滤波器；(2)通过低通变换得到LC低通滤波器。(3)选择合适的微波结构用微波网络元件来实现LC低通滤波器中串联电感和并联电容。n实现微波网络元件的结构有：波导，同轴线，带状线，微带线等。相对应的低通滤波器分别被称作波导低通滤波器，同

2、轴线低通滤波器，带状线低通滤波器和微带线低通滤波器等。微波低通滤波器的设计方法（续）n用微波网络元件实现LC低通滤波器中串联电感和并联电容的方法有三种：(1)用高、低阻抗传输线来实现，这对波导，同轴线、带状线和徽带线低通滤波器都适用。(2)用短路短截线和开路短截线来实现，这主要用于带状线和微带线低通滤波器。(3)用集总元件来实现，这主要适用于同轴线，带状线和微带线低通滤波器。低通滤波器的实现方法（一）n高、低阻抗传输线法：004004222llXllZ tgZBY SinlYl004004222llXZ SinlZlBllY tgY一段传输线的两种等效电路高阻抗线等效电路n由于高阻抗传输线的阻

3、抗Z0Y0，所以，高阻抗线可以近似等效成一个串联电感。004004222llXZ SinlZlBllY tgY000022ZYBlXZ SinlY tg低阻抗线等效电路n由于低阻抗传输线的阻抗Z0=30dB。 （4） 两端接50欧姆同轴线。18 . 0a 设计过程：（1）选定低通原型（2）经过频率变换和阻抗变换得到 （3）串联电容的设计：两个小金属圆盘间填充聚四氟乙烯（ ），忽略边缘电容，采用平板电容的计算公式1100 gg2053. 25g1444. 273 gg1956. 191 gg6167. 164 gg4425. 182 ggpFCC66. 291nHLL51. 582pFCC49.

4、 173nHLL92. 464pFC44. 151 . 2rsrCr2225. 0 r为圆盘半径，s为两圆盘间距。（4）并联短截线： 特性阻抗为100ohm，利用公式 确定短路短截线的长度l，L为集总元件电感值。 考虑不连续性的影响，对参数略加修正，最终尺寸示于前面的结构图中。inchss009. 073inchss005. 091inchs009. 05inchr094. 0lZL00847. 0inchll651. 082inchll581. 064HFSS（FEM）仿真模型n 由于建立EM模型时对电容作了近似，没有考虑金属小圆盘的厚度，因此方针结果有一些偏差。仿真结果0.500.751.

5、001.251.501.752.00Freq GHz-87.50-75.00-62.50-50.00-37.50-25.00-12.500.00Y1HFSSDesign2XY Plot 1ANSOFTCurve InfodB(S(1,1)Setup1 : SweepdB(S(2,1)Setup1 : Sweep4、 最佳分布高通滤波器n最佳分布高通滤波器由并联短路枝节级联而成，之间用连接线（单位元件）隔开。短路枝节在特定频率（通常是高通的截止频率）下的电长度为 ，连接线电长度为 。虽然滤波器仅由n条枝节组成，但在频率上它的衰减函数是2n-1阶的，结果是其高通响应有2n-1个波纹。 cc2图.3

6、2 最佳分布高通滤波器结构图.33 典型滤波特性n 是电长度，与f成比例，n对于高通应用，滤波器的初始通带是从 到 在 处截止。谐波通带周期性出现，中心为 并且由在 处的衰减极点隔开。 n其滤波特性可由传输方程来描述ccffccc, 2/3, 2/5.2, 是通带波纹系数， 是滤波函数，由下式给出 n是短路枝节的个数 是第一类n阶Chebyshev函数。NFn因为 很小，理论上这种滤波器的初始带宽非常宽，但是对于短路枝节可能需要很高的阻抗。n表1给出了最佳分布高通滤波器的典型元件值。表中的元素是传输线的归一化特性阻抗，对于给定的负载阻抗 ，有关的特性阻抗由下式决定c表.1 最佳分布高通滤波器元

7、件值（0.1dB 波纹）举例n截止频率：n通带波纹：0.1dBn通带最高频率：6.5GHzn设计过程： 可由 计算得利用表1可以求出 时的元件值。 可以按插值方法计算 用同样的方法，可以计算出其余的值 然后确定各传输线的特向阻抗1y1 .508 .49,3 .48,1 .70,1 .79,3 .111,504, 35 , 43 , 26, 52, 14352610ZZZZZZZZZZZZ图.34 介电常数 ， 基片厚度 h=1.57mm2 . 2rHFSS 仿真得到的响应曲线0.002.004.006.008.0010.00Freq GHz-80.00-70.00-60.00-50.00-40.00-30.00-20.00-10.000.001