《双CT 节腔体滤波器快速设计与实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双CT 节腔体滤波器快速设计与实现（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、双 CT 节腔体滤波器快速设计与实现王道平 吴先良（安徽大学电子科学与技术学院，合肥 230039）摘 要 本文主要目的是利用两种方法快速实现广义切比雪夫函数滤波器的快速综合和设计。通过设计一个双CT枝节的交叉耦合同轴腔体滤波器，在其通带边缘引入有限的传输零点，以提高其抑制性能。然而， 该思想的分析与实现方法一直是设计中的难点。本文在腔体滤波器的设计和优化中解决了这些问题。 验证了这两种快速设计准椭圆滤波器方法的可行性与较高的设计效率。关键词 交叉耦合；同轴腔体滤波器；耦合系数Rapid Design and Implementation of double cascaded quadrupl
2、et cavity filterWang Dao-Ping Kuang Xiao-Jing (School of Electronic Science and Technology , Anhui University , Hefei 230039 , China)Abstract:This paper presents two quick methods of the generation of the general coupling matrix synthesis and design for chebyshev filtering. Through designing a caxia
3、l cavity crossing-coupled filter with double cascaded quadruplet sections. Introduction of transmission zeros with finite position in the pass-band edge to enhance the band edge of the rejection properties. Nevertheless, the thinking and analysis of the implementation has been the difficulties of de
4、sign. This article in the cavity filter design and optimization solve these problems,which verifies design of quasi-elliptic filter the feasibility and high efficiency .Keywords: crossing-coupled; caxial cavity filter; Coupling coefficient1 引言现代微波通信技术的迅速发展，频谱资源日益紧张，对滤波器的指标要求也越来越高势必推动对微波滤波器更深入的研究 。具有
5、任意传输零点的广义切比雪夫函数滤波器2,1具有矩形系数高、带宽窄、带外抑制高等优良性能，是目前国内外研究的热点。微波CAD技术的进步,高频电磁仿真软件仿真的精度和效率不断提高，可以将传统的等效电路设计方法与高频电磁仿真软件相结合，提高设计精度，缩短研制周期。本文用广义切比雪夫耦合矩阵综合以及AWR软件优化设计最后都用 HFSS来仿真两种方法来实现广义切比雪夫函数滤波器的快速综合和设计。2 广义切比雪夫型带通滤波器的综合理论对于任何一个由n阶耦合谐振器组成的两端口无损滤波器网络，传输和反射函数都可以表示为两个n阶多项式的的比值，如式(1)所示: (1) NNEPSEFS211其中 是实频率变量，
6、 是一常数。对于切比雪夫型滤波器来说 ，则有式（2） 5(2)110NRLFP其中RL是给定的回波损耗，单位是分贝。并且假定所有的多项式都是归一化的，即最高次项的系数均为1。 和 有共同的分母 ，多项式 包含有传输零点。1S21NENP由（1）则有NNCjjC12(3)其中(4) NPF被称为N阶滤波器函数，根据切比雪夫型滤波器的特性，则有 C（5） Nnnx1cosh其中 （6） nx/且 是复平面上第n个传输零点的位置。当所有N个指定的传输零点趋近于无穷时，sj退化为熟悉的纯切比雪夫函数NC（7） 1coshn在多项式综合中，指定的s平面上有限的传输零点 应该满足 且其余的传输零点fznN
7、fz应该在无穷远点。在规范二端口网络中，传输函数最多只能有 个有限的传输零点，2也就是说至少应有两个无穷远的传输零点。 的分母是 的分子 ， 的分子NC21SPNC是 的分子 。当传输零点的位置和个数也就是 当 确定以后可求得1SNFN。设 ，将S参数解析延拓到复平面上然后由（1）和（3）式得Njs（8） sPEj 22为了保证系统的稳定性，取 左半平面内的根即可综合出 。在通常情况下， 的NENEsE系数是复数， 和 的系数是纯实数和纯虚数相间出现， 、 为N阶多项sF sF式，而 不能超过N2阶。在文献 3，4中给出了通过留数和上面求得的 多项式来C求耦合矩阵和通过矩阵旋转来缩减耦合矩阵详
8、细的耦合矩阵的综合方法，最后我们得到的归一化的耦合矩阵M。为了去归一化，首先，要定义一个参考频率 ，通带和阻带都关于0f对称，假设 和 去归一化后的频率，对应于频率 ，这时有 ,0fLU 1LU,根据M，B， 得到去归一化参数 ： UF0f6（9） 0ijijkf,210EXTSsQf,20EXTLnLQBMf根据不同的耦合系数，定出谐振器之间的耦合槽宽度 ，再由外在品质因子或者群时延jiC,定出抽头位置。外在品质因子的计算公式以及群时延公式：（10） 03edBfQ104eS3 CT（cascaded quadruplet）交叉耦合同轴腔体滤波器的理论调谐螺杆放在两个谐振器的开路端会增加两者
9、之间的耦合如图（2） 。图2 相邻谐振单元耦合场而下边的退耦壁会减少磁耦合。梳状和同轴腔体滤波器可以看成LC并联谐振电路 。7虽然是简单的集总原件来代表三维复杂的场结构，但对于理解其复杂的内部结构是非常有用的。串联电感代表感性耦合，对传输信号相移约- ，串联电容表示容性耦合，对传09输信号相移约+ 。并联电容电感回路代表谐振器，在谐振点处相移为零，在谐振频率低09端呈现约+ 相移，在谐振频率高端呈现约- 相移。下面用多路耦合图表的方法从相位0的角度去分析CT枝节。图3 感性交叉在上边带产生零点 图4 容性交叉在下边带产生零点图5 容性交叉耦合的实现图6 感性交叉耦合的实现4 双CT交叉耦合滤波
10、器的模型及设计实例。滤波器设计指标如下：中心频率： ；频率范围： ；插人MHz352MHz350损耗： ；带内反射损耗： ；带外抑制： .根据具dB5.1dB18dB48fc体指标，在中心频率下沿偏30M加一个容性交叉，在中心频率上沿偏30M加一个感性交叉。采用六腔级联结构在1、3腔加容性交叉，在4、6腔加感性交叉。根据文献4的方法由(11)0FWjp得到归一化传输零点利用matlab编程实现理想归一化S参数如下所示：图7 理想滤波器频响曲线且其耦合矩阵经过化简之后得：0.138.5094.125900380M 然后用商业软件AWR来模拟六腔级联的双 CT交叉耦合滤波器来验证以上得到的结果的正
11、确性，由于AWR软件模拟用的是传统的集总参数原件来模拟腔体滤波器。所以可以用传统的滤波器的设计公式 8图8 AWR仿真六阶腔体滤波器模型其中利用AWR来仿真交叉腔体滤波器就是把每个同轴谐振器看成是并联谐振单元，相邻耦合和交叉耦合都用S2P_BLK 结构单元表示。利用AWR可以方便的仿真本文所设计的双CT枝节滤波器的各项指标。在本文中的利用AWR可以算出GD=8.7ns，,耦合系数 : , 4.1enQ1,20.4M, , , 2,30934,5.91， ，56.,。所得结果与上面所提到耦4,60.5M合矩阵综合出来结果比较两种方法得出的结果相差很小。AWR软件仿真的 S参数图像如下图（9）所示
12、。图9 AWR仿真频响曲线在仿真中边带抑制和插损都预留了很大的余量，并且考虑到温漂的问题。通过文献3，4或者利用AWR 都可以快速得到交叉同轴腔体滤波器的耦合系数，文中所设计的滤波器长等于30mm，宽等于30mm，高16mm。谐振杆高度10.8mm，内径8mm，外径10mm。用 ansof 公司的 HFSS 软件利用耦合系数来仿真各腔体耦合槽的尺寸为：,1,22,33,40.8.7.68CmCm。455610用Agilent 公司的矢量网络分析仪实测的S 参数图像如下图（10）所示：图10 Agilent矢量网络分析仪测试S参数 加工实物图为：图11 耦合腔体滤波器加工实物图5 结论本文通过两
13、种方法来综合交叉耦合滤波器，理论分析与全波仿真与实测结果很好的吻合，证明了这两种方法的可行性。采用同轴腔体是因为其耐大功率以及很好的温度特性等，应用广泛。参 考 文 献1 洪伟, 微波理论与技术的新进展和发展趋势. 微波学报J，Vol.12，1996，No.4: 341344.2 J.S.Hong, .Lancaster. End-Coupled Microstrip Slow-Wave Resonator Filter J. Electronics Letters, 1996, 32(16):1494-1496.3 R.J.Cameron, Advanced coupling matrix
14、synthesis techniques for microwave filters J. IEEETrans. Microwave Theory Tech., 2003, vo1.51:1-10.4 R.J.Camero, General Coupling Matrix Synthesis Methods for Chebyshev Filtering Functions J, IEEE Trans. On MTT, 1999, 47 (4):433-442.5 A.E.Atia, A.E.Williams, Narrow-bandpass waveguide filters. IEEE T
15、rans J. MicrowaveTheory Tech., 1972, vol.MTT 20:258-265.6 J.-S.Hong and M.J.Lancaster, Couplings of microstrip square open-loop resonators for cross-coupled planar microwave filters, IEEE Trans J. On MTT, 1996, 45: 2099-2109.7 J.Brian Thoumas, Cross-Coupling in Coaxial Cavity Filters-A Tutourial Overview. IEEE Trans J. On MTT, 2003, 51: 1368-1376.8
