微波腔體濾波器的設(shè)計[兼容模式].ppt

微波濾波器的設(shè)計,大連海事大學天線微波研究所 2010.7.23,顧名思義，濾波器是一種濾波元件，其主要作用是濾除不需要的雜波干擾，得到需要的信號。因此，濾波器在現(xiàn)在通信系統(tǒng)中，是一個不可或缺的部件，其性能的好壞直接關(guān)系到通信系統(tǒng)的性能的優(yōu)劣。,一 濾波器的定義,1 巴特沃斯濾波器（最平坦濾波器）,濾波器的傳輸函數(shù)：,濾波器的低通頻率響應(yīng)曲線：,二 常見的濾波器,2 切比雪夫濾波器（帶內(nèi)等波紋）,濾波器的傳輸函數(shù)：,濾波器的低通頻率響應(yīng)曲線：,二 常見的濾波器,3 橢圓濾波器（帶內(nèi)帶外都具有等波紋特性）,濾波器的傳輸函數(shù)：,濾波器的低通頻率響應(yīng)曲線：,二 常見的濾波器,4 高斯濾波器（最平坦群時延）,濾波器的傳輸函數(shù)：,濾波器的低通頻率響應(yīng)曲線：,二 常見的濾波器,5 交叉耦合濾波器（廣義切比雪夫濾波器） 帶內(nèi)等波紋，帶外有限傳輸零點可控，帶外抑制度好,濾波器的傳輸函數(shù)：,濾波器的低通頻率響應(yīng)曲線：,二 常見的濾波器,三 濾波器的設(shè)計步驟,設(shè)計指標： 微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計 設(shè)計指標：f0=1542MHz BW=34MHz（1525-1559） Lr（BW）-20dB La（1600）-40dB 濾波器采用微帶環(huán)路開口諧振器形式，介質(zhì)基板采用常用的FR4基板（基板損耗不考慮，即tan=0）。,Example1：,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,濾波器參數(shù)計算： 利用實驗室開發(fā)的交叉耦合濾波器耦合矩陣計算軟件，完成對該濾波器耦合矩陣的計算。,Example1：,交叉耦合矩陣： . 0 0.022565 0 0.0016732 0.022565 0 -0.017581 0 0 -0.017581 0 0.022565 0.0016732 0 0.022565 0 .,交叉耦合系數(shù)為： K: i j K_val 1 2 0.022565 2 3 0.017581 1 4 -0.0016732 3 4 0.022565 有載品質(zhì)因數(shù)為： Qe =35.967,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,matlab計算曲線：,Example1：,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,ADS電路模型：,Example1：,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,ADS仿真曲線：,Example1：,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,濾波器的仿真： step1 單腔頻率仿真,Example1：,觀察曲線可以確定諧振器諧振在中心頻率處的尺寸大小,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,濾波器的仿真： step2 輸入輸出有載Q值仿真,Example1：,觀察該曲線即可確定當Qe=35.967時，對應(yīng)的輸入輸出端口的位置,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,濾波器的仿真： step3 耦合系數(shù)的仿真,Example1：,根據(jù)計算得到的耦合矩陣和曲線可以確定耦合縫隙的大小,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,濾波器的仿真： step3 濾波器的全腔仿真,Example1：,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,濾波器的仿真： 相同結(jié)構(gòu)，工作在海事衛(wèi)星通信下行頻段的濾波器（1626-1660）,Example1：,微帶型交叉耦合濾波器的設(shè)計,四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,腔體濾波器的設(shè)計步驟與方法與微帶濾波器的設(shè)計大致相同。大家可以參照微帶濾波器的設(shè)計步驟進行腔體濾波器的設(shè)計。下面就我在這段時間里，包括項目中所遇到的一些問題和總結(jié)的一些經(jīng)驗給大家分享一下。,四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,同軸腔體諧振器的形式,常見結(jié)構(gòu),小型化結(jié)構(gòu),四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,同軸腔體濾波的的饋電,直接饋電 耦合最強，有載Q值最小,圓盤耦合饋電 耦合強弱與圓盤的大小和圓盤距離諧振桿的距離有關(guān),磁耦合環(huán)饋電 耦合強弱與環(huán)的大小和環(huán)距離諧振桿的距離有關(guān),四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,同軸腔體濾波器的耦合（磁耦合，耦合系數(shù)為正）,腔體之間的窗越大，耦合越大；耦合桿越長，耦合越大。,腔體之間的窗越大，耦合越大；耦合環(huán)越長，耦合越大。 調(diào)節(jié)范圍大于左圖 ，可實現(xiàn)較大的耦合,四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,同軸腔體濾波器的耦合（電耦合，耦合系數(shù)為負）,通過耦合桿實現(xiàn)電耦合，耦合桿越長，與諧振桿越近，耦合越大。,通過耦合桿實現(xiàn)電耦合，耦合桿越長，與諧振桿越近，頂端圓盤越大，耦合越大。,通過耦合桿實現(xiàn)電耦合，耦合桿越長，與諧振桿越近，頂部彎折越深，耦合越大。,四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,6腔2個傳輸零點濾波器的仿真,Qe =52.4689 交叉耦合系數(shù)為： K: i j K_val 1 2 0.014914 2 3 0.010162 3 4 0.010692 2 5 -0.0012137 4 5 0.010162 1 6 3.3563e-017（0） 5 6 0.014914：,四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,6腔2個傳輸零點濾波器的仿真,四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,6腔4個傳輸零點濾波器的仿真,您所求的交叉耦合系數(shù)為： K: i j K_val 1 2 0.014724 2 3 0.0096319 3 4 0.012011 2 5 -0.0031988 4 5 0.0096319 1 6 0.00037773 5 6 0.014724 有載品質(zhì)因數(shù)為： Qe =52.4689,四 濾波器設(shè)計實例,Example2：,同軸腔體濾波器的設(shè)計,6腔4個傳輸零點濾波器的仿真,四 濾波器設(shè)計實例,濾波器作為無線通信系統(tǒng)中重要的組成部分，其性能的好壞直接關(guān)系到無線系統(tǒng)的優(yōu)劣。目前，國內(nèi)外幾乎所有通信類相關(guān)制造企業(yè)，都會涉及到濾波器的設(shè)計，所以，掌握一定的濾波器的相關(guān)知識和一套行之有效的濾波器的設(shè)計方法，對我們未來就業(yè)，也會增加很大的籌碼。 目前濾波器的發(fā)展方向依然是小型化，高性能，大功率，多頻帶等。,五 總結(jié)和展望,小型化：采用介質(zhì)濾波器 高性能：交叉耦合濾波器（對稱結(jié)構(gòu)/非對 稱結(jié)構(gòu)，源負載耦合結(jié)構(gòu)）、含非諧振結(jié)點濾波器。 大功率：波導(dǎo)濾波器，波導(dǎo)多模濾波器 多通帶：