《现代微波电路和器件设计》课件8、耦合谐振腔带通滤波器

1、现代微波电路和器件设计8、耦合谐振腔带通滤波器苏 涛西安电子科技大学，电子工程学院2008年春耦合谐振腔带通滤波器耦合谐振腔滤波器的一般原理K和J倒置变换器的实际实现耦合谐振腔滤波器的CAD模型优化CAD模型、耦合谐振腔滤波器的一般原理 本节讨论设计微波带通滤波器的一种常用方法。它是从集总参数低通原型出发，经过频率变换，导出集总参数耦合谐振腔带通滤波器的设计公式，然后用微波结构来实现这些耦合结构和谐振腔，从而得到微波带通滤波器。低通原型响应及其对应的带通滤波器响应带通滤波器频率参数低通原型频率参数低通原型衰减参数带通滤波器衰减参数寄生通带 带通滤波器设计，除了对通带中心频率和带宽提出要求外，还

2、要对通带和阻带衰减提出要求。相对带宽，分数带宽 相对带宽在20%以下的为窄带滤波器；在40%以上的为宽带滤波器；两者之间的（10%50%）为中等带宽滤波器。低通到带通的频率变换式式中， 此变换式对集总滤波器而言，由于其参数随频率变换甚小，故可用来设计任意带宽的集总参数滤波器，而且可以准确的预计阻带的衰减。 但对于由分布参数微波元件构成的滤波器而言，由于其参数随频率变化甚大，故应用此变化式时，是把参数都考虑成中心频率时的参数，因而在其它频率上用此式预计的响应就有较大的偏差。因此它只能用来设计窄带滤波器。并且用它来预计带通滤波器的衰减时，亦将有较大的偏差。 集总元件谐振腔带通滤波器的一般设计公式，

3、它是推导各种具体滤波器设计公式的基础； 耦合谐振腔滤波器原理电路的CAD设计； 如何用微波结构来实现； 耦合谐振腔滤波器物理结构的CAD设计。集总元件低通滤波器原型电路一般设计公式 耦合谐振腔带通滤波器原理电路的一般设计公式，由大家非常熟悉的低通原型电路出发。它可以由Butterworth逼近，或者Chebyshev逼近等得到。只有一种电抗元件的低通原型滤波器 K和J倒置变换器的应用 互为对偶电路耦合谐振腔带通滤波器（通过频率变换得到）低通原型的串联电感，频率变换后，串联的串联谐振回路引入，串联谐振回路的电抗斜率（并联谐振回路的电纳斜率）电抗斜率和中心频率 与 谐振电感电容等价综合上面的式子，

4、得到 更多的时候，设计耦合谐振腔带通滤波器不是用它的阻抗变换器值，而是用它的两终端的外部Q值和谐振腔见的耦合系数。 所谓终端的外部Q值，就是终端电阻反映到第一个谐振回路（或最后一个）中所得到的Q值。按此定义，左端的终端电阻反映到第一个谐振腔中的电阻是而串联谐振腔的感抗故其外部值为同样得出最后一个谐振腔的外部值为 中间任意两个相邻谐振腔间的耦合系数kj,j+1，它的定义是两相邻谐振腔间的耦合电抗与它们的感抗的几何平均值之比，用电抗斜率表示感抗得到 其包含并联谐振回路的对偶电路可以类似得到。也可以应用对偶性，直接得到 在今后的应用中，用K变换器时谐振腔总是串联谐振的；用J变换器时，谐振腔总是并联谐

5、振的。这一点要特别注意。 设计公式整理如下：串联谐振腔和K变换器并联谐振腔和J变换器2、K和J倒置变换器的实际实现（1）1/4波长阻抗（或导纳）变换器 变换器最简单的形式之一就是1/4波长传输线，这样的传输线满足阻抗倒置变换器的基本定义，它的特性阻抗等于变换器的阻抗K。同理，1/4波长传输线也可用作导纳变换器，它的特性导纳等于导纳变换器的导纳。（2）并联电抗耦合的阻抗变换器（3）串联电纳耦合的导纳变换器（4）其它 用于传输线中某种类型的不连续的阻抗变换电路短截线导纳变换器3、耦合谐振腔滤波器的CAD模型根据指标，确定耦合谐振腔滤波器的K或J变换器的值。源/负载的有载值（外部值）和腔间的耦合系数

6、设计实例：五腔带通滤波器中心频率：400MHz通带带宽：15MHz带内插耗：0.5dB（）耦合串联谐振腔滤波器使用串联等效串联谐振腔使用波长传输线等效变换器当串联谐振腔电抗斜率为1的时候，K变换器的值与耦合系数相同。K变换器设定串联谐振回路设定令串联谐振腔电抗斜率为1，即 为了描述谐振腔的衰减特性，即谐振腔的无载Q值，引入串联谐振回路电阻R，由串联谐振 结合电抗斜率为零的设定，得到应用软件频率无关的变换器.dB 波纹Chebyshev滤波器原型令Q=1e10，理想化设定Q=2000时的响应曲线（2）耦合并联谐振腔滤波器使用并联等效串联谐振腔使用波长传输线等效变换器改变的项Q=2000时的响应曲线响应与前者相同。4、优化CAD模型 可以应用MWO中的优化功能，得到所需耦合谐振腔滤波器的耦合强度A. 加