现代滤波器设计讲座(21)课件

1、广义切比雪夫滤波器的电路仿真大纲前言广义切比雪夫滤波器串联谐振电路的仿真模型广义切比雪夫滤波器并联谐振电路的仿真模型计算实例源与负载直接耦合滤波器电路模型含非谐振节点的滤波器电路模型含高次模节点的滤波器电路模型几种复杂结构的广义切比雪夫滤波器电路模型源与负载为复阻抗的广义切比雪夫滤波器电路模型多通带广义切比雪夫滤波器电路模型电路仿真的意义电路模型反映了滤波器的拓扑结构。通过电路模型可以建立几何结构与滤波器参数之间的联系。通过电路模型，可以对滤波器的拓扑结构和几何尺寸进行优化。可以缩短研制周期。广义切比雪夫滤波器的等效电路图一、A. E. Atia的 n 腔耦合滤波器等效电路模型正交耦合滤波器的

2、串联型等效电路模型 正交耦合滤波器 一个谐振腔既可以用串联谐振回路表示也可以用并联谐振回路表示。当我们使用串联谐振回路表示谐振腔时，腔之间的耦合用K变换器表示。当我们使用并联谐振回路表示谐振腔时，腔之间的耦合用J变换器表示。 我们先考虑一个不包括源和负载耦合三腔正交耦合滤波器。3腔正交耦合滤波器的电路模型图二、3腔正交耦合滤波器的电路模型 3腔正交耦合滤波器的电路模型 K变换器的等效电路 根据电路理论，阻抗变换器可以用一个具有电抗特性的T形网络表示。T型网络电抗元件的电抗值就是它们的变比。如果是磁耦合，K变换器的等效电路为图中的（a）。如果是电耦合，K变换器的等效电路为图中的（b）。图三、K变

3、换器的等效电路 3腔正交耦合滤波器的等效电路模型 图四、3腔正交耦合滤波器的串联谐振回路等效电路模型3腔正交耦合滤波器的电路方程矩阵形式的电路方程或，上述方程可以写成如下的矩阵形式 ：其中， 是的阻抗矩阵。阻抗矩阵归一化阻抗矩阵归一化阻抗矩阵可以写成下面的形式， n腔正交耦合滤波器矩阵方程的一般形式 低通原型和带通滤波器之间的变换低通到带通的频率变换式为：其中， 分别为上下边带频率； 为通带中心频率； 为分数带寛。 是归一化频率。滤波网络对端口归一化 图六、三腔正交耦合滤波器归一化等效电路模型 包括源与负载耦合的滤波器电路方程正交耦合滤波器电路方程的一般形式 其中：或包括源与负载耦合的滤波器的

4、归一化耦合矩阵腔体的等效电容腔体的等效阻抗其中， 是腔体品质因数。归一化耦合系数与电路参数的关系腔体之间的耦合腔体与源或负载之间的耦合源与负载之间的耦合腔体谐振频率在电路中用电长度为90度，特性阻抗值为K的理想传输线段表示K变换器。用什么表示K变换器？ZinZLZ0仿真用电路软件的选择在ADS和Microwave Office软件中电长度为90度的理想传输线段对应的频率是一个固定值。ADS和Microwave Office中理想传输线段的特性阻抗值不能为负值。当耦合系数为负时，只能将传输线电长度设为-90度。Ansoft Designer中电长度为90度的理想传输线段所对应的频率可以是一个变量

5、，随着扫描频率变化。Ansoft Designer中理想传输线段的特性阻抗值可以为负值。串联谐振等效电路模型4阶交叉耦合滤波器中心频率：7.5GHz带寛：25MHz腔体Q值：4000反射损耗：-20dB串联谐振等效电路模型电路模型计算结果S参数：计算结果群时延计算结果腔体储能正交耦合滤波器的并联型等效电路模型 正交耦合滤波器的并联型等效电路模型 正交耦合滤波器的并联型等效电路模型 图七、三腔正交耦合滤波器的并联谐振回路电路模型 导纳变换器J图八、导纳变换器及其等效电路 三腔正交耦合滤波器的并联谐振回路等效电路模型图九、三腔正交耦合滤波器的并联谐振回路等效电路 电路方程矩阵形式电路方程或N腔正交

6、耦合滤波器N腔正交耦合滤波器端口归一化图十、三腔正交耦合滤波器归一化等效电路模型 源和负载与腔体之间的耦合系数归一化耦合系数与电路参数之间的关系腔体之间的耦合腔体与源或负载之间的耦合源与负载之间的耦合腔体的实际谐振频率腔体的等效电容腔体的等效导纳其中， 是腔体品质因数。在电路中用电长度为90度，特性阻抗值为J的理想传输线段表示J变换器。用什么表示 J 变换器？ZinZLZ0串联谐振等效电路模型4阶交叉耦合滤波器中心频率：7.5GHz带寛：25MHz腔体Q值：4000反射损耗：-20dB串联谐振等效电路模型电路模型计算结果S参数：计算结果群时延计算结果腔体储能更多的计算实例 例一、 3腔滤波器的

7、优化倪大宁，“源-负载耦合交叉耦合滤波器综合与设计”，西安电子科技大学，硕士学位论文，2007.1综合以后的结果存在的问题工作带宽有一点偏；综合以前对带外的抑制特性不太明确；综合产生的耦合系数在物理上能否实现不了解；综合的结果不一定是唯一的。因此，需要用优化方法对综合以后的结果进行筛选和修正。优化前后的比较优化后的结果优化前的结果新的耦合矩阵新矩阵旧矩阵化简拓扑结构新的耦合矩阵源负载优化结果例二、包含源与负载耦合的例子Smain Amari，“Adaptive Synthesis and Design of Resonator Filters With Source/Load-Multires

8、onator Coupling”，IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 50, NO. 8, AUGUST 2002， P 1696-1978中心频率：26.453GHz; 带宽：41MHz零点频率：f1=26.323GHz; f2=26.524GHz; f1=26.607GHz; 资料的仿真结果Designer的仿真结果例三、带阻滤波器的例子（同轴线连接）Richard J. Cameron, Ying Wang and Ming Yu， “Direct-Coupled Realizations for Micr

9、owave Bandstop Filters”，2005计算结果例四、带抑制谐振器的滤波器文献结果计算结果例五、含非谐振结点的滤波器电路仿真把非谐振节点应用在滤波器设计中是Amari等人在2004年提出的。在不存在源与负载耦合的条件下，也可以实现最大数量为N的有限频率传输零点。这种结构的实现得益于推出了它的电路模型。一个Combline Filter的例子Smain Amari, “Synthesis of Inline Filters With Arbitrarily Placed Attenuation Poles by Using Nonresonating Nodes”， IEEE T

10、RANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 53, NO. 10, OCTOBER 2005， P3075-3081资料给出的参数含非谐振结点的电路模型Smain Amari,” New Building Blocks for Modular Design of Elliptic and Self-Equalized Filters”，IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 52, NO. 2, FEBRUARY 2004，P 721-736计算结果仿真电

11、路图非谐振节点不含电抗分量仿真结果S参数仿真结果群时延仿真结果各个腔体的储能例六、含高阶谐振器的滤波器仿真这个概念是Amari在2005年提出的。它的主要优势在多通带滤波器。在低通带，高阶腔体可作为低阶腔体的非谐振节点。反之，在高通带，低阶腔体可作为高阶腔体的非谐振节点。例六、含高阶谐振器的滤波器仿真Marjan Mokhtaari, Jens Bornemann and Smain Amari，“Advanced Filter Design Using Cross-CoupledNetworks With Higher-Order Resonances”， in Proc., 35th Eu

12、r.Microw. Conf.,Paris, France, Oct. 2005, P1423-1426拓扑结构和耦合矩阵仿真电路S参数仿真结果仿真结果各个腔体的储能仿真结果各个腔体的储能仿真结果群时延例七、箱形滤波器的等效电路Richard J. Cameron, “Advanced Coupling Matrix Synthesis Techniquesfor Microwave Filters”， IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 51, NO. 1, JANUARY 2003 1， p1-10仿真电路仿

13、真结果S参数仿真结果各个腔体储能仿真结果群时延另外一个箱形滤波器的例子资料上计算结果滤波器等效电路仿真结果S参数仿真结果各个腔体储能仿真结果群时延例八、异形结构滤波器资料的计算结果滤波器等效电路仿真结果S参数仿真结果各个腔体储能仿真结果群时延例九、串行与并行电路的比较Smain Amari,” Physical Interpretation and Implications of Similarity Transformations in Coupled Resonator Filter Design”，IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TEC

14、HNIQUES, VOL. 55, NO. 6, JUNE 2007， P1139-1152S参数结果完全相同，损耗也相同。两种结构的群时延也相同群时延但是，腔体储能不同。串联结构腔体储能腔体储能不同。并联结构腔体储能例十、含移相段的电路仿真Smain Amari, “Synthesis and Design of Novel In-Line Filters With One or Two Real Transmission Zeros”， IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 52, NO. 5, MAY 2004P1464-1477文献给出的结果Designer 电路图Designer仿真结果S参数Designer仿真结果群时延Designer仿