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1、1,滤波器其他相关概念,矩形系数：阻带带宽与通带带宽的比值 传输零点：传输衰减极大以致无能量通过 传输极点：传输无衰减的频点 电耦合：电场能量耦合为主 磁耦合：磁场能量耦合为主 混合耦合：电耦合与磁耦合有一定比例 交叉耦合：结构上一个谐振器同时与其他两个或多个谐 振器之间引入耦合,2,椭圆函数滤波器,图 1 椭圆函数低通原型电路结构,3,椭圆函数滤波器,图 2 椭圆函数低通原型的衰减曲线,4,椭圆函数滤波器,n为滤波器支路个数，LAr为通带内最大衰减,n为滤波器支路个数，LAr为通带内最大衰减,5,椭圆函数滤波器,每个并联谐振电路提供一个无限衰减极点,6,镜像阻抗,镜像阻抗Zi1和Zi2定义为
2、,7,8,耦合线滤波器的设计,一段平行耦合线的等效电路,其ABCD矩阵为,导纳倒相器可由四分之一波长，特征导纳为J的传输线得到,9,镜像阻抗,传播常数,导出耦合线带通滤波器设计公式的等效电路的演化,N+1条耦合线带通滤波器的布局,10,每条耦合线段的等效电路,导纳倒相器的等效电路,长为2的传输线的等效电路,11,N=2时按上页后两图的等效结果,N=2的带通滤波器的集中元件电路,12,设计公式,为相对带宽,奇、偶模特性阻抗,13,例：,设计一耦合线带通滤波器，N=3，波纹0.5dB，中心频率2GHz，带宽10%，Z0=50。,14,耦合谐振器滤波器的设计,短截线和各短截线之间传输线都为四分之一波
3、长,图a短截线为开路，等效带阻滤波器 图b短截线为短路，等效带通滤波器,短截线和各短截线之间传输线都为四分之一波长,图a短截线为开路，等效带阻滤波器 图b短截线为短路，等效带通滤波器,15,耦合谐振器滤波器的设计,用谐振器和导纳倒相器的等效滤波电路,等效的集中元件带阻滤波器,16,设计公式,应用开路短截线谐振器的带阻滤波器的短截线特征阻抗,应用短路短截线谐振器的带通滤波器的短截线特征阻抗,为相对带宽，Z0为串联线特征阻抗,设计公式,设计公式,为相对带宽，Z0为串联线特征阻抗,设计公式,17,例：,设计一个使用三个四分之一波长开路短截线的带阻滤波器，波纹0.5dB，中心频率2GHz，带宽15%，
4、Z0=50。,18,串联线与并联线均为四分之一波长,直接耦合短截线带通滤波器,19,相较于前一页，并联线用二分之一开路线替代，可省去接地的麻烦,直接耦合短截线带通滤波器,20,图示非阶跃阻抗线滤波器，是短截线阻抗过小，线宽过大时用阻抗加倍、线宽减小的两段短截线并联代替,直接耦合短截线带通滤波器,21,并联基型带阻滤波器,22,微带半波长平行耦合滤波器设计,23,微带半波长平行耦合滤波器设计-基本思想,所有近似设计方程的精度都随着设计带宽的增加而恶化，其主要表现有： （1）通带内电压驻波比的波动超过设计值，特别是在通带边频附近； （2）实际制作的滤波器的带宽以无法预知的状况偏离指定的设计带宽。,
5、24,微带半波长平行耦合滤波器设计-基本思想,本节的设计方法消除了上述的第（2）个困难，使得实际的和设计的带宽基本相同，并且在很大程度上使电压驻波比的波动也很接近于设计的要求。,25,微带半波长平行耦合滤波器设计-基本思想,在微带带通滤波器的近似设计方法中，如果把集中元件原型的元件值在中心频率上用微波元件实现，则得到窄带近似设计方程。如果在中心频率和带边频率上用微波元件实现，则得到宽带近似设计方程。,26,微带半波长平行耦合滤波器设计-辅助方程与参数,27,微带半波长平行耦合滤波器设计-辅助方程与参数,28,微带半波长平行耦合滤波器设计-辅助方程与参数,29,微带半波长平行耦合滤波器设计设计方
6、程,30,微带半波长平行耦合滤波器设计设计方程,31,微带半波长平行耦合滤波器设计步骤,（1）根据滤波器的通带和阻带的衰减指标，选择出适当的归一化低通原型。 （2）计算表1所列各参数。 （3）计算表2的阻抗矩阵元素和各耦合线段的偶模及奇模阻抗。,32,微带半波长平行耦合滤波器设计步骤,（4）根据偶、奇模阻抗决定耦合微带线的尺寸（宽度和间距）。 （5）按式1决定耦合区的长度。 （6）根据微带线开路端的边缘电容，对上述耦合区的长度进行修正。,33,微带半波长平行耦合滤波器设计-耦合区的长度,耦合区（段）的长度的标称值为四分之一波导波长。在耦合微带线的情况下，由于偶模和奇模的相速不同，因此在选择耦合
7、区的长度时要选用二者（四分之一偶模波长和四分之一奇模波长）之间的某一个数值： 式中：f0是通带中心频率，0是其对应的自由空间波长，c0是自由空间光速。,（1）,34,微带半波长平行耦合滤波器设计-耦合区的长度,其中 式中 (vp/c)e和(vp/c)o分别是每个耦合段的偶模和奇模的相对相速，可由公式算出和用图表查出。 一般限y 0.25，可给出较好的结果。 在设计时，还应当考虑半波长开路谐振器在两个开路端上的边缘电容。对这个边缘电容，可以减小谐振器的长度来补偿。,（2）,35,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,设计微波带通滤波器，其指标是： 中心频率：f0 = 5.0千兆赫（GHz） 通带宽度
8、：相对带宽 ，或 MHz 通带衰减：等于或小于0.1dB。 阻带衰减：在4.75GHz频率上至少有20dB的衰减。 端接条件：两端均为50的微带线（ZA = ZB = 50）,36,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,（1）确定低通原型：选用0.1分贝波纹的切比雪夫原型。该低通原型滤波器的阶次n，可以利用变换式 在本例情况下，BW = 0.25GHz，f0 = 5GHz，f = 4.75GHz，由此得到 查出，n = 4。归一化低通原型的元件值为： g0 = 1，g1 = 1.1088，g2 = 1.3061， g3 = 1.7703，g4 = 0.8180，g5 = 1.3554,37,微带半
9、波长平行耦合滤波器设计实例,（2）计算表1所列各参数：,38,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,滤波器采用对称的耦合微带线结构，因此选择,39,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,（3）计算表2中阻抗矩阵元素和偶、奇模阻抗：,40,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,各耦合段的偶、奇模阻抗的计算结果列于表3中。 表3 各耦合段的偶、奇模阻抗计算值,41,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,选用r = 8.8的陶瓷材料作为微带滤波器的基片，其厚度h = 0.7毫米，根据表3的数据，可计算出各耦合微带线的尺寸，如表4。,42,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,（5）决定每个耦合区的长度：首先需计算每个耦
10、合区的偶、奇模相速，然后根据式（2）计算V值，最后按式（1）算出每个耦合区的标称长度。每个耦合区的偶、奇相速可以利用下图近似估计出来。,43,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,耦合区的奇偶模相速,44,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,（6）边缘电容的修正：具有开路终端的每条微带线应减小的长度lk1,k，可从（3）算出。对于第1和5耦合区， l01 = l45 = 0.36h = 0.252毫米，其余耦合区长度的修正量为 l12 = l23 = l34 = 0.38h = 0.266毫米。 e为微带线有效介电常数。,（3）,45,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,由此得所设计的半波长开路谐振器
11、平行耦合滤波器的结构尺寸的汇总表，其标注如右图。,46,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,实际制成的该滤波器的实物照片如图5-31所示。,图5-31 例示的半波长谐振器平行耦合滤波器的实物照片,47,微带半波长平行耦合滤波器设计实例,测试频率特性。,48,发夹型和混合发夹型滤波器,半波长微带谐振器平行耦合滤波器的优点是结构简单，制作容易，但频率较低时占用基片面积大。在低频应用时，缩小基片占用面积的途径有二，一是用高介电系数的基片，二是把平行耦合结构改为图示发夹型结构。,49,发夹型滤波器,5级切比雪夫型滤波器，工作频率905MHz，基片厚度2mm，相对介电系数为80，损耗正切约0.0002。在
12、40MHz带宽范围内，插入损耗、反射损耗分别优于3dB和17dB。,50,发夹型和混合发夹型滤波器,发夹型滤波器,混合的发夹型和半波长平行耦合滤波器,51,发夹型滤波器每一个发夹线内部有耦合；全发夹型滤波器容易激起比通带中心频率高得不多的表面波，产生另外的寄生通带，因此一般采用发夹线和平行耦合线混合式的滤波器,发夹型和混合发夹型滤波器,52,介质谐振器滤波器 制作高性能高稳定的窄带滤波器，常用于带通和带阻滤波器。介质的Q值可达500010000。,53,陶瓷板滤波器 大多用于200 3000MHz，温度稳定性好，陶瓷板适合表面安装，典型插损2dB，带宽1% 20%。,54,温度影响,介电常数,尺寸,谐振器的滤波器,对常用,为线胀系数,实际考虑,体积、重量、成本,有限Q值,55,以梳状滤波器为例,滤波器元件的温度系数,56,
