《现代微波滤波器的结构与设计》读书笔记
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湖南工业大学课程设计资料袋计算机学院(系、部) 2016 ~2017 学年第二学期课程名称微波通信指导教师职称.学生姓名专业班级学号.题目微波滤波器设计及其测量.成绩起止日期 2017 年 4 月 25 日~ 2017 年 5 月 7 日目录清单序号材料名称资料数量备注1 课程设计任务书 12 课程设计说明书 13 课程设计图纸张456课程设计任务书2016 —2017 学年第二学期计算机学院(系、部)通信工程专业班级课程名称:微波通信.设计题目:微波滤波器设计及其测量.完成期限:自2017 年 4 月25 日至2017 年 5 月7 日共 1 周内容及任务设计内容与任务1)设计低通和带通滤波器的参数2)测试低通和带通滤波器的工作频率3)对所设计的滤波器进行分析4)掌握设计相关的仿真软件5)设计总结,撰写报告进度安排起止日期工作内容4.25--4.28 复习相关理论、分析与设计系统4.29--5.3 滤波器的实现5.4-- 5.7 测量数据并完成课程设计报告主要参考资料1、王新稳.《微波技术与天线》.电子工业出版社。
2、吴万春.《现代微波滤波器的结构与设计》.科学出版社。
3、田加胜.《微波技术基础》.华中科技大学出版社。
4、Richard J.Cameron、Chandra M.Kudsia、Raafat R.Mansour.《通信系统微波滤波器——基础设计与应用》.电子工业出版社指导教师(签字):年月日系(教研室)主任(签字):年月日(微波通信)设计说明书微波滤波器设计及其测量起止日期:2017-4.25至2017-5.7日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)计算机学院(部)2017年5 月7 日课题名称微波滤波器设计及其测量人数组长同组人员课题的主要内容和要求设计内容与任务1.了解基本低通及带通滤波器之设计方法。
2.了解常见经典的微波滤波器。
3.利用实验模组实际测量以了解滤波器的特性。
4.学会使用微波软件对低通和高通滤波器的设计和仿真,并分析结果。
关于滤波器设计用参考资料鉴于最近有不少论坛朋友E-mail to me 称“请教”滤波器设计问题,实则是想要我为他们代劳设计滤波器。
遗憾的是时间有限,又要为生计忙乎,颇感力量单薄。
因为哪怕是一个简单的查表式设计加上后续仿真试验没有三五个小时也很难完成。
为此在这里对各层次设计者推荐一本可用于设计(不是指理论)的书籍(资料,软件)去翻一翻,让他们自己去解决简单设计问题。
顺便指出,各层次设计者之间关系是蕴含不是互斥。
初级设计者⊂中级设计者⊂高级设计者。
一,有源滤波器设计的书籍初级设计者:A,所有关于运算放大器的书籍都有章节论述有源滤波器设计,其中有图表,多数是论述“多项式滤波器”的设计。
B,高继坤等“运算放大器应用电路的分析”北京理工大学出版社1989.8C,软件:FilterLab2.0 可以设计简单的多项式滤波器。
中级设计者:Davide Johnson&Johnl Hilburn “Rapid practical designs of active filters”John wiley & sons 1975.(不错!)高级设计者:“滤波器设计文集”(内部资料),日,德,英,美,俄,多国实用化研究的文集,多种方案的椭圆函数滤波器,非对称阻带衰耗特性的带通滤波器,带阻滤波器等。
设计完成后用含有类spice内嵌模拟程序的软件作仿真实验。
二,无源LC滤波器设计的书籍初级设计者:A,通信电子专业高等院校的教科书,早期出版的分析法滤波器专著等。
B,北邮“电信网络”人民邮电出版社中级设计者:R.Saal “Der Entwurf von Filtern mit Hilfe des Kataloges Normierter Tiefpasse”,Telefunken GMBH,Backnang,W.Germany 1963.俗称黄皮书(棒!)。
高级设计者:“实用化滤波器设计”(内部资料,仅公开摘要,未公开的手记抄本等),俄,中,日,德,英,美实研报告。
摘要:按微波滤波器的传输线的种类进行了分类,并按照这种分类方法对各种微波滤波器的性能指标、设计方法进行了详细的介绍。
前言:随着现代微波通信,尤其是卫星通信和移动通信的发展,系统对通道的选择性越来越高,这对微波滤波器的设计提出了更高的要求,而微波滤波器作为通信系统中的重要部分,其性能的优劣往往决定了整个通信系统的质量。
因此研究微波滤波器的性能指标和设计方法具有重要意义。
微波滤波器是一类无耗的二端口网络,广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中,在系统中用来控制信号的频率响应,使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器,而阻断无用信号频率分量的传输。
滤波器的主要技术指标有:中心频率,通带带宽,带内插损,带外抑制,通带波纹等。
微波滤波器的分类方法很多,根据通频带的不同,微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波器;按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型;根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器;按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等。
本文是按照传输线的分类来对各种微波滤波器的主要特性进行详尽的分析。
一、微带滤波器主要性能指标:频率范围:500MHz~6GHz带宽:10%~30%插入损耗:5dB(随带宽不同而不同)输入输出形式:SMA、N、L16等输入输出驻波:1.8:1微带滤波器主要包括平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、微带类椭圆函数滤波器。
半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。
其结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。
其缺点为插损较大,同时,谐振器在一个方向依次摆开,造成滤波器在一个方向上占用了较大空间。
如图1所示:图1 平行耦合微带线滤波器结构示意图和平行耦合线滤波器结构相比,发夹型滤波器具有紧凑的电路结构,减小了滤波器占用的空间,容易集成,并且降低了成本。
文献综述一、课题国内外现状微波滤波器在通信、信号处理、雷达等各种电路系统中具有广泛用途。
随着移动通信、电子对抗和导航技术的飞速发展,对新的微波元器件的需求和现有器件性能的改善提出了更高的要求。
发达国家都在利用新材料和新技术来提高器件性能和集成度,同时,尽可能地降低成本,减小器件尺寸和降低功耗。
与国外相比,我国的微波滤波器的发展还有一定的差距。
下面介绍一下滤波器的主要分类及其优缺点:1、微带滤波器微带滤波器主要包括平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、微带类椭圆函数滤波器。
半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。
其结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。
其缺点为插损较大,同时,谐振器在一个方向依次摆开,造成滤波器在一个方向上占用了较大空间。
和平行耦合线滤波器结构相比,发夹型滤波器具有紧凑的电路结构,减小了滤波器占用的空间,容易集成,并且降低了成本。
在电路尺寸有较严格要求的场合发夹型滤波器得到了较为广泛的应用。
发夹型滤波器是由发夹型谐振器并排排列耦合而成,是半波长耦合微带滤波器的一种变形结构,是将半波长耦合谐振器折合成U字型构成的,因此与交指式、梳状线式等其他微波滤波器结构相比,其电路结构更加紧凑,具有体积小,微带线终端开路无需过孔接地,易于制造等优点。
发夹型滤波器耦合拓扑结构属于交叉耦合,交叉耦合实质是从信号源到负载端有不止一条耦合路径,包括主耦合路径和相对较弱的辅耦合路径,任意两谐振器之间都可以产生耦合。
相对于级联耦合,交叉耦合的最大优点是能够在通带附近的有限频率处产生传输零点,因而滤波器的带外抑制能力将获得极大提高,使用交叉耦合的谐振器滤波器比普通级联型的滤波器具有更好的频率选择性,同时可以减少所需谐振器的数目。
平行耦合线滤波器、交指型滤波器等,获得在带内较平坦的幅频特性,但带外抑制特性较差。
第七章 微波滤波器§7-1 概 述微波滤波器的分类:1.微波滤波器按其特性不同可分为:低通、高通、带通和带阻滤波器。
2.按结构不同又可分为:同轴线滤波器、波导滤波器和微带、带状线滤波器。
微波滤波器中所研究的问题:1.分析问题:已知滤波器的结构和元件值计算它的插入衰减频率特性;2. 综合问题:由给定的滤波器插入衰减频率特性来确定滤波器的网络结构和元件值。
§7-2一、滤波器一般知识按照衰减特性的不同,低频滤波器可分为:低通、高通、带通和带阻滤波器五大类。
衰减:输入功率P i 与负载所吸收功率P L 之比。
通常用A 或A (ω)表示,即:Li P P A =(7.1)若用dB 表示,则可写成)log(10log 10L i P P A L ==(dB ) (7.2)二、微波滤波器的主要技术指标衡量微波滤波器性能的主要技术指标有: 1. 截止频率ωC 。
2. 通带内允许的最大衰减L p 。
3.阻带内最小衰减L S 及其相应的阻带边频ωS 。
4. 寄生通带,即阻带内出现的不希望有的通带。
三、微波滤波器的综合设计V Z Lωω(一)理想的滤波特性,用有限个元件的电抗网络是不可能实现的。
实际滤波器的衰减特性,只能是逼近理想滤波器的衰减特性。
的种类很多,实际中用得最多的只有三种,其相应的滤波器分别称为最平坦式滤波器、切比雪夫式滤波器和椭圆函数式滤波器。
(二)低通1.低通原型滤波器及其衰减特性定义:低通原型滤波器就是指以归一化频率ω′=ω/ωc为自变量的衰减特性L(ω′)为基础综合出来的低通滤波器。
2.(1)由要求的L P、L S和ωC′=1, ωS′=ωS/ωC求k和n。
最平坦式低通滤波器衰减特性为L(ω)=10lg(1+k2ω2n) ,因为通带内最大衰减L P 对应着截止频率ωC,而阻带内最小衰减L S对应着阻带边频,所以)1lg(1022nCPkLω+=(7.3))1lg(1022nSSkLω+=(7.4)对于最平坦式低通原型滤波器,衰减特性为)1lg(102kLP+=(7.6))1lg(1022nSSkLω'+=(7.7)通常取通带内最大衰减L P=3dB,则由(7.6)式可求得k=1,于是(7.7)式可写成:)1lg(102nSSLω'+=(7.8)由(7.8)式可求得梯形结构电路元件数n。
第一章微波滤波器的地位、发展和选用1.1概述本章的目的是:(1)对微波滤波器提供一个纲要性的介绍,以便从品种繁多、性能各异的微波滤波器选用所需的结构和设计方法。
(2)简要地讨论微波滤波器的在微波工程中的地位、发展和应用,以使读者明确,本书的对象不仅是微波滤波器的研制人员,而且可能为更广大的读者服务,例如需要宽频带天线馈电设备的天线研制人员;需要宽频带阻抗匹配装置的微波电子器件的研制人员;需要微波时延网络的总体工程技术人员,以及其他特殊微波电路设计的广大工程技术人员等等。
1.2微波滤波器的进展这里只对近年来的主要进展和发展趋势作一简单的概括。
(1)从个别应用到一般应用随着微波理论和技术的发展,微波波段中电子设备的增多、频谱的拥挤,加之电子对抗技术的普遍应用,促使微波滤波器在应用的广度和深度上都进展极大。
(2)设计方法从繁到简、从粗糙到精确(3)形式多样和元件化、标准化由于应用广泛和设计制造工艺的进展,微波滤波器已从极少的几个品种发展到数以十记的结构类型。
一些常用的结构已元件化和标准化。
印刷电路式或微波集成电路式的微波滤波器亦开始广泛研制。
(4)与其他有源或无源的微博元件和器件的结合日益密切现在,微波滤波器已成为无源微波元件的主角之一,它不仅能完成本身的任务,而且还代替其他一些微波元件的功能,或者把另外一些微波元件看成微波滤波器结构来设计。
半导体器件工艺飞跃进步及其向更高频的发展,已使得微波滤波器技术也用于各种半导体器件中,例如倍频器、变频器、放大器以及二极管相移器、开关和调制器等等,在微波集成电路中它们结合成一个整体。
(5)各种新型材料用于微波滤波器微波材料的进步及其在微波滤波器中的应用,大大地提高了滤波器的性能。
例如微波铁氧体、铁电体、等离子体、超导体都已开始成功地用于微波滤波器中。
(6)调谐的高速和自动化众所周知,当初微波单腔谐振器的调谐已相当困难,更不用说多个谐振器组合成的滤波器了。
但现在已可对微波滤波器进行快速电调,例如钇铁石榴石磁调滤波器和变容管电调滤波器就是最好的范例。
文献综述题目现代通信系统中的微波滤波器研究学生姓名周杨专业班级通信工程学号************院(系)计算机与通信工程学院指导教师(职称)李素萍完成时间2014年4月30日现代通信系统中的微波滤波器研究1 前言随着科技不断进步,无线通信前所未有地融入到生活中,尤其以贴近日常应用的短距离无线数据业务更是迅速发展。
例如GPS、WLAN、WiFi、UWB、Bluetooth等短距离无线通信等广泛应用,极大地推动了滤波器技术的快速发展,也对滤波器的性能提出了更高的要求。
同时,对应多频通信、宽带通信的多通带和宽带滤波器技术成为近年来的研究热点。
微波滤波器是现代微波中继通信、微波卫星通信、电子对抗等系统中必不可少的组成部分。
本文对各类微波滤波器的用途和发展过程作了分析,微波滤波器及多工器在通信系统中占有十分重要的地位,并且也是大量使用的部件。
微波滤波技术广泛应用于卫星通信移动通信雷达系统导航系统电子对抗等,可谓无处不在,无时不有。
微波滤波技术的发展经历了多半个世纪,它可谓品种繁多,性能各异。
按频率响应特性,分低通高通带通带阻;按网络函数可分为最大平坦型、切比雪夫型、线性相位型、椭圆函数型;按加载方式分单终端滤波器形式双终端滤波器形式;按传输能量的形式分电磁波和声波形式;按工作模式分单模双模三模至多模;按频段分集总参数滤波器微波毫米波滤波器光波滤波器。
还有按功率按频带划分等等。
面对现代通信对滤波器性能要求日趋严格,微波滤波技术的发展朝着小体积(表面安装集成)、重量轻、低损耗、高可靠性、高温补性能、高隔离特殊函数(主要是椭圆函数、线性相位)及大功率综合特性滤波器。
目前,各个国家都在利用新型材料和新技术来提高器件的性能和集成度,但是就滤波器的小型化还存在很多问题。
2 通信系统中的微波滤波器2.1 研究背景及意义无线通信是一双无形的大手,它拉近了人与人之间的距离!通信行业一直是最具活力的行业之一。
信息传递方式的进步,改变了人们的工作和生活方式,企业的生产方式,极大地促进了经济与社会的发展。
第一章微波滤波器的地位、发展和选用1.1概述本章的目的是:(1)对微波滤波器提供一个纲要性的介绍,以便从品种繁多、性能各异的微波滤波器选用所需的结构和设计方法。
(2)简要地讨论微波滤波器的在微波工程中的地位、发展和应用,以使读者明确,本书的对象不仅是微波滤波器的研制人员,而且可能为更广大的读者服务,例如需要宽频带天线馈电设备的天线研制人员;需要宽频带阻抗匹配装置的微波电子器件的研制人员;需要微波时延网络的总体工程技术人员,以及其他特殊微波电路设计的广大工程技术人员等等。
1.2微波滤波器的进展这里只对近年来的主要进展和发展趋势作一简单的概括。
(1)从个别应用到一般应用随着微波理论和技术的发展,微波波段中电子设备的增多、频谱的拥挤,加之电子对抗技术的普遍应用,促使微波滤波器在应用的广度和深度上都进展极大。
(2)设计方法从繁到简、从粗糙到精确(3)形式多样和元件化、标准化由于应用广泛和设计制造工艺的进展,微波滤波器已从极少的几个品种发展到数以十记的结构类型。
一些常用的结构已元件化和标准化。
印刷电路式或微波集成电路式的微波滤波器亦开始广泛研制。
(4)与其他有源或无源的微博元件和器件的结合日益密切现在,微波滤波器已成为无源微波元件的主角之一,它不仅能完成本身的任务,而且还代替其他一些微波元件的功能,或者把另外一些微波元件看成微波滤波器结构来设计。
半导体器件工艺飞跃进步及其向更高频的发展,已使得微波滤波器技术也用于各种半导体器件中,例如倍频器、变频器、放大器以及二极管相移器、开关和调制器等等,在微波集成电路中它们结合成一个整体。
(5)各种新型材料用于微波滤波器微波材料的进步及其在微波滤波器中的应用,大大地提高了滤波器的性能。
例如微波铁氧体、铁电体、等离子体、超导体都已开始成功地用于微波滤波器中。
(6)调谐的高速和自动化众所周知,当初微波单腔谐振器的调谐已相当困难,更不用说多个谐振器组合成的滤波器了。
但现在已可对微波滤波器进行快速电调,例如钇铁石榴石磁调滤波器和变容管电调滤波器就是最好的范例。
(7)向新波段进军人们对毫米波和亚毫米波滤波器的兴趣正在日益增长,研制这一新波段的滤波器除发展厘米波波段已有的技术外,还广泛引用光学上的成果。
可以预料,随着新型功率源和传输线的研制,这些新波段滤波器的研制工作将更加活跃。
1.3微波滤波器的流程图补充说明:(1)区别于低频滤波器,微波滤波器的主要特点之一就是其尺寸可与波长相比拟。
因而当波长变化时,它必然表现出周期特性,即滤波器除主响应外,还有周期性的副响应。
因此,其第二个附加响应的位置常是一个十分重要的指标。
(2)描述微波滤波器响应优劣的指标之一是从通带过渡到阻带的快慢,称之为响应的“边缘陡度”或滤波器的“选择性”。
(3)在分析微波滤波器时,常忽略其谐振器的损耗,但事实上谐振器的Q值是有限的。
无载Q值越高,对于一定的相对带宽,该滤波器通带的插入衰减就越小,因此无载Q值也是选用滤波器时应当注意的问题。
1.4常用微波滤波器的比较(1)直接耦合或1/4波长耦合谐振器滤波器这是一种端耦合滤波器,它适用于同轴线、带状线、波导各种形式。
其设计方法有而,一是基于集总元件低通原型,另一是基于阶梯阻抗变换器原型。
前法适用于较小的相对带宽(<20%)和中等通带纹波的窄带带通滤波器的设计,而后法则适用于较大的相对带宽(>20%乃至倍频程)和较小的通带纹波(例如0.01dB)的宽带带通或高通滤波器的设计。
实用中,同轴线高通滤波器以这种结构最为流行。
在波导带通滤波器中,它是最简单应用最广而性能又相当优良的形式。
显然,当做成同轴线或带状线形式时,需要介质支撑。
(2)平行耦合式带通滤波器当谐振器不用端耦合,而用边耦合时,则较大的不太精确的间隙是可行的,从而制造容易。
有开路耦合线和短路耦合线两种对偶形式。
较少用于宽带,窄带应用广泛,用印刷电路的开路平行耦合线形式却非常方便。
然而,其阻带特性并不十分理想。
(3)交指型带通滤波器其结构紧凑、坚实,性能优良,制造公差要求低,有适用于各种带宽的结构和设计方法,故应用极广。
有终端短路和终端开路两种基本形式,前者适于窄带,后者适于宽带,既可做成印刷薄带形式,又可做成圆杆或矩形杆自撑式,还可用人为地电容加载来减小体积。
(4)梳妆线带通滤波器这是一种结构更为紧凑的滤波器。
在许多方面,它与电容加载的交指型滤波器很相似,但它所有的电容都加在同一边。
谐振器长度取决于加载电容的大小,通常为1/8波长。
其衰减特性不对称,故适于需要宽阻带应用的场所。
现用的设计方法只适于窄带设计。
(5)带阻滤波器波导型的带阻滤波器只适于窄带,而TEM带阻滤波器则有适于各种带宽的优良结构。
(6)椭圆函数型滤波器在各种滤波器响应中,椭圆函数响应是最为优越的,因为,这种类型的滤波器通带和阻带均为等波纹特性,陡度较大,因此同样的选择性,它可以有更为紧凑的结构。
1.5用滤波器来分离和叠加信号滤波器结构最直接最基本的应用当然是抑制不需要的信号频率,而使需要的信号频率顺利传输。
实用中常把几个滤波器组合成双工器或多工器,以分离或叠加信号。
图1.5.2为一个三信道多工器示意图,它能将2-4千MHz的信号分到三个信道中,为了使输入端电压驻波比很低,必须专门设计各信道滤波器和特殊的接头匹配网络。
反之,如果将图中信号流的方向反过来,就可以使三个信道的信号叠加在一起。
显然,如果不用多工器而直接将各分信道用简单的传输线接头来叠加,则由于反射和泄露,将造成很大的能量损耗。
1.6阻抗匹配网络和耦合结构为了使信号源和负载间无反射传输,需要恰当设计阻抗匹配网络和耦合网络。
可以证明,有效的宽频带阻抗匹配网络和耦合结构必须是滤波器结构。
1.7时延网络和慢波结构有时需要使微波能量延迟若干时间,用一段微波传输线当然可达到此目的,但不方便,若利用微波滤波器的时延特性,则可顺利地达到此目的。
第二章现代微波滤波器的设计基础2.1概述滤波器特性可用其频率响应来描述,按其特性不同,可分成低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
2.2滤波器的转移函数和衰减滤波器设计的最终目的,是根据给定的传输特性要求,用一个网络来实现。
表征滤波器传输特性的方法有很多,这里主要讨论综合滤波器时最有用的几个函数,即转移函数和工作衰减,以及与它们有关的物理量。
(1)电压转移函数和传输函数(2)功率转移函数与插入衰减(3)反射系数、电压驻波比与衰减的关系2.3滤波器的影象参数影象参数是广泛应用在滤波器设计和阻抗匹配网络中的一种网络参数,是网络的影象阻抗和影象传输函数的总称。
影象阻抗的定义:当一个无源线性四端网络的输出端接上某一阻抗I2Z ,则从网络输入端向网络看去的输入阻抗就等于I1Z ;如果把阻抗I1Z 接在网络的输入端,而由网络的输出端向网络看去的输入阻抗就等于I2Z 。
如图所示,则在此网络两端互成影象关系的阻抗I1Z 和I2Z 称为“网络的影象阻抗”。
“影象传输函数”的定义是:在四段网络两端接以相应的影象阻抗的工作条件下,它的输入端复功率与输出端复功率之比的自然对数之半,称为四端网络的“影象传输函数”。
影象参数与一般电路参数以及开路阻抗和短路导纳间的关系:2.4归一化低通原型滤波器2.5最平坦低通原型滤波器2.6切比雪夫低通原型滤波器2.7双终端低通原型滤波器的对称性所有最平坦低通原型和奇数个元件的切比雪夫低通原型都是对称的。
2.8只有一种电抗元件的低通原型滤波器(1)阻抗变换器和导纳变换器(2)只有一种电抗元件的低通原型图2.8-2(a)是由阻抗变换器K和串联电感所构成的低通原型,图2.8-2(b)是由导纳变换器J和并联电容所构成的低通原型,两者互为对偶。
2.9椭圆函数低通原型滤波器椭圆函数低通原型滤波器的通带和阻带都具有切比雪夫纹波,它的参数须用椭圆函数来进行计算,故称为“椭圆函数滤波器”。
2.10低通原型滤波器的时延特性(1)滤波器时延特性的一般概念滤波器的电压转移函数L a E /E 的相位,称为“滤波器的传输相位”,即此滤波器上在任一频率上的相位延迟是而其群延迟是(2)最平坦时间延迟原型滤波器(3)几种原型滤波器群延迟特性的比较2.11频率变换(1)由低通到高通的频率变换(2)由低通到带通的频率变换(3)由低通到带阻的频率变换2.12元件损耗对滤波器的影响任何构成实际微波滤波器的元件都是有损耗的,即元件的Q值是有限的,这些损耗将使滤波器的通带衰减增高,而使阻带衰减降低。
在由低通原型滤波器设计微波滤波器时,最方便的办法是找出微波滤波器元件Q值与原型滤波器中元件损耗的关系,在确定元件损耗对原型滤波器响应的影响,这样即可得到有限元件Q值对微波滤波器通带和阻带衰减的影响。
下面就分别讨论元件损耗对低通原型滤波器的通带衰减及阻带衰减的影响。
第三章微波滤波器元件3.1概述本章的目的是明确设计参数与微波滤波器结构尺寸的关系,这里扼要地归纳一下设计微波滤波器最常用的同轴线、带状线和波导的有关公式、资料和数据,以备设计之用。
3.2横电磁波传输线的一般性质在常用的微波传输线中,平行双导线、同轴线、带状线上所传输的电磁波主模,均为横电磁波,简称为TEM波。
3.3同轴线的特性及其设计图表3.4带状线的特性及其设计图表3.5平行耦合带状线的特性及其设计图表许多带状线元件是利用平行导体间所存在的自然耦合构成,例如平行耦合线构成的滤波器、定向耦合器、平衡-不平衡变换器,以及梳妆线滤波器、交指型滤波器等。
平行耦合线的一些主要结构示于图3.5-1中,其中(a )、(b )、(c )主要用于弱耦合元件中;而(d )、(e )、(f )、(g )主要用于强耦合元件中。
这种平行耦合线的特性可以用偶模阻抗e 0Z 和奇模阻抗o 0Z 来表征。
e 0Z 定义为方向相同的电流通过两线时,一线对地的特性阻抗;o 0Z 定义为方向相反的电流通过两线时,一线对地的特性阻抗。
3.6平行耦合矩形杆带状线3.7传输线的不连续性(1)同轴线直径的改变无论同轴线的内导体、外导体或两者的直径发生阶跃变化时,阶梯处呈现一并联等效电C,其数据可用图3-7.2求得。
这些等效电路是当工作频率低于第一个高次模的截止频容d率时才成立。
(2)带状线中心导带宽度的改变带状线中心导带宽度的阶梯改变,其效应等效于一个与线向串联的的感抗,该感抗的计算公式如下通常,此值很小,可以忽略。
(3)带状线直角拐弯如图3.7-4所示的带状线,中心导带拐成直角,拐角外边截成斜线,以降低拐角处的电压驻波比。
该图实用于接地板间距与波长之比为 /b=0.0847,其它尺寸可由图中曲线查出。
(4)平行接地板间半无限板的边缘电容在两平行接地板间放入一个人搬无限板,其一个角的准确边缘电容是(5)带状线T形接头如图3.7-6(a)所示的对称带状线T形接头,可用图3.7-6(b)的等效电路来表示。