波导滤波器设计要点.pdf
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1、科技项目(课题)模拟申报书 班级: 10 电子 2 班 学号: 201010330201 课 题 负 责人: 杨宁 项目名称: 波导滤波器的设计 指导老师: 杨波 申报时间: 2013-10-9 电子专业科技方法训练 一、国内外与本项目有关的科学技术现状和发展趋势(包括计算机检索情况): 简介:包含一个或滤波器具有选频的功能,可以分隔频率, 即通过所需频 率的信号而抑止不需要的频率信号,是无线电技术中的核心设计之一。 腔体滤波器频率覆盖0.510GHz ,由于采用高 Q值结构设计,该滤波器具 有大功率工作的能力, 具有较低的插损, 良好的通带驻波特性和较高的带外衰 减,温度稳定性好,特别适合于
2、窄带应用,广泛应用于雷达、电子对抗系列产 品、微波通信、射频仿真等领域。标准响应采用0.1dB 切比雪夫响应。根据用 户的不同指标要求亦常采用Butterworth 、椭园函数、贝塞尔及线性相移响应 设计。 几个调谐元件以提供需要的频率特性的波导段。 类型:MDI WF系列波导通频和谐波滤波器,擅长应用与高频,窄带宽和 高 Q频率。该 WF 系列的设计和制造, 是为了提供最大程度的稳定性和高性能。 趋势:- 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电 信设备和各控制系统中,滤波器应用极为广泛;在所有的电子部件中,使用最多,技 术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣
3、,所以,对滤 波器的研究和生产历来为各国所重视。 -1917 年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器,次年导致了美国 第一个多路复用系统的出现。20 世纪 50 年代无源滤波器日趋成熟。自60 年代起由于计算机技术、 集成工艺和材料工业的 发展, 滤波器发展上了一个新台阶, 并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉 方向努力 ,其中小 体积、多功能、 高精度、 稳 定可靠成 为7 年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、 数字滤波器、 开关 电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展,到70 年代后期,上述几 种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80 年代,致力于各类新型
4、滤 波器的研究,努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90 年代至现在主要致力于 把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然,对滤波器本身的研究仍在 不断进行。 二、研究内容、方法和技术路线(包括工艺流程): 在微波系统中往往需要在宽频带范围内滤出两个有用的信号并加以合成, 以一个端口把信号送 到接收机或放大器。例如参考文献1 提到的用于 GPS 系统中的设备 (Double-diplexedtwochannelfil2terforGPS)就是这样 , 现摘录在图 1。在该 图中,使用了并联排列的且输入、 输出端都合一的2 个带通滤波器 , 整个网络实 现了 2 个通带互相隔离 , 而在其它的频率
5、范围又提供了一定的衰减功能, 从而 满足了工作通道之间和附近干扰信号的衰减要求。 为了获得良好的通带性能 , 该双合一传输线长必须精心设计, 并适当调整 F1和 F2 通道滤波器的 有关耦合参数 , 才能消除 2 通道滤波器之间的不利影响。 可以完成这个功能的方案还有:2 个通道滤波器前后各加一个环行器;2 个通道 滤波器前后各加一个3dB桥; 公共多模腔双通道滤波器 2 和 Zolotarev带通滤 波器3 等等, 各有优缺点。 本文应用单谐振器提取衰减极点的原理和引入有关的交叉耦合的方法, 利用一 个波导滤波器结构也达到了这个目的。 基本原理 为了简单说明这种滤波器的基本原理, 以 6 阶
6、滤波器为例 , 其等效电路表 示在图 2。 其中 s= 1Q0 ? Bw+j1Bw(0-0),Q0 是谐振腔的无载Q值,Bw 是滤波器的相对带 宽。是角频率 , 0 是滤波器中心角频率。在忽略了热损耗和对频率、带宽 进行归一化以后 ,s=j =j( -1) 。 由(1) 式可以列出 i6 的表达式 :i6= 1,6 =-j 25(-M21,3M3,4- 2M1,6+M23,4M1,6) (2) 其中为(1) 式中阻抗行列式的值。 由于在这里关心的是该电路出现的衰减 极点,故不再把它进行展开。由(1) 式的分子可见 ,i6=0 的状态有 : (1) 2=0、5=0 (3)(2)-M21,3M3,
7、4-2M1,6+M23,4M1,6=0 (4) 第一种状态说明了利用单腔来提取衰减极点的基本原理, 表示该电路在第二和 第五谐振器的谐振频率上各有一个衰减极点, 这种设计技术在以往的产品研制 中已经使用过。如果是统调滤波器,即所有的谐振器都谐振在同一个中心频率 上, 那么在该带通滤波器的中心频率处具有一个2 阶的衰减极点。 对于第二种状态 , 在=(M23,4M1,6-M21,3M3,4/M1,6 时,显然有 2 个对称的 衰减极点。假定 主耦合 M3,4的符号是正 ,那么在这里存在两种情况:M1,6 为负和 M1,6 为正, 前 者根号内的值大于后者 , 这样前者出现的一对衰减极点可能在通带
8、外的两侧, 而后者出现的一对衰减极点可能在通带内中心频率的两侧。这两种情况都有 用, 前者状态的带通滤波器在中心频率处具有一个2 阶的衰减极点 , 而在通带 外的两侧各具有一个衰减极点,如图 3(a) 所表示的响应 , 其耦合参数 为:R=01924、M1,2=01473 、M1,3=01735 、M1,6=-01175、M3,4=01831;后者状态 的带通滤波器的衰减极点都分布在通带 内, 而且在中心频率及其两侧, 并依中心频率相对称 , 如图 3(b) 所表示的响应 , 其耦合参数为 :R=01865、M1,2=01694 、M1,3=01492 、M1,6=01673 、M3,4=01
9、491 。 这样,由(4) 式得知 , =01254,如设计带宽为 40MHz 时, 则另外 2 个衰减极点 的位置在中心频率两侧的5MHz 处, 从而在通带中心的一个频带内形成了一个 类椭圆函数带阻特性。由于中心两侧的这一对衰减极点的频率可控, 因此带阻 带宽可以根据要求进行设计。 对于 8 阶双通带滤波器同样具有这种性质: 除了带通滤波器的中心频率处具有 一个 2 阶衰减极点以外 , 通带内、外还可以同时具有一对衰减极点, 或者通带外 同时具有两对衰减极点 , 其特性分别表示在图4(a) 和图 4(b) 中。图 4(a) 所表 示的响应的耦合参数为 :R=01687、M1,2=01645
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