微波濾波器的應(yīng)用.ppt

微波濾波器的應(yīng)用 是雷達(dá)系統(tǒng) 通信系統(tǒng) 測量系統(tǒng)等系統(tǒng)中最常見的元器件之一 性能優(yōu)劣往往直接影響到整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量 常見參數(shù) 插入衰減 IL 傳輸功率PL與輸入功率PIN之比 IN 為輸入端的反射系數(shù)紋波 Ripple 指1dB或3dB帶寬 截止頻率 范圍內(nèi) 插損隨頻率在損耗均值曲線基礎(chǔ)上波動(dòng)的峰 峰值 帶寬 Bandwidth 通帶內(nèi)對于3dB衰減量的上邊頻與下邊頻的頻率差阻帶抑制 stopband 通常以60dB作為阻帶抑制的設(shè)計(jì)值 品質(zhì)因數(shù) Q值 諧振回路中 平均儲(chǔ)能與一個(gè)周期內(nèi)平均耗能之比 Q值描述了濾波器的頻率選擇性 Q越高 帶寬越窄 諧振曲線越尖銳 頻率選擇能力越強(qiáng) 各種品質(zhì)因素的關(guān)系為 式中總功耗 對應(yīng)有載品質(zhì)因素QLD 包含濾波器的功耗 對應(yīng)無載品質(zhì)因數(shù)QF 及外界負(fù)載的功耗 對應(yīng)外部品質(zhì)因素QE QF越高 插入損耗IL越低 微波濾波器的分類 微波濾波器的分類 微波濾波器的分類 巴特斯沃函數(shù) 也叫最大平坦響應(yīng)函數(shù)切比雪夫函數(shù)橢圓函數(shù) 眼熟 微波濾波器的分類 LC濾波器 在通信系統(tǒng)中一般用于基帶和中頻電路 是最基礎(chǔ)的微波濾波器 一般是由濾波電容器 電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成 與諧波源并聯(lián) 除起濾波作用外 還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰譃閮纱箢?調(diào)諧濾波器和高通濾波器 調(diào)諧濾波器包括單調(diào)諧濾波器和雙調(diào)諧濾波器 可以濾除某一次 單調(diào)諧 或兩次 雙調(diào)諧 諧波 該諧波的頻率稱為調(diào)諧濾波器的諧振頻率 LC濾波器 高通濾波器也稱為減幅濾波器 主要包括一階高通濾波器 二階高通濾波器 三階高通濾波器和c型濾波器 用來大幅衰減低于某一頻率的諧波 該頻率稱為高通濾波器的截止頻率 優(yōu)點(diǎn) 成本低 插入損耗小 缺點(diǎn) 當(dāng)工作頻率較低時(shí) 所需要的電感和電容數(shù)值都很大 使得濾波器的體積和重量大 不易集成化 工作頻率較高時(shí) 小電感不易制作 且分布參數(shù)影響難估計(jì) 調(diào)整困難 微帶線濾波器 射頻和微波電路中最常用優(yōu)點(diǎn) 1 尺寸小 易于加工 2 可以采用不同的襯底材料而改變頻率的范圍 3 易于跟其他電路集成 在平面制圖和制版上非常方便 常見類型 半波長平行耦合微帶線帶通濾波器優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 第二寄生通帶的中心頻率位于主通帶中心頻率的3倍處 適用頻率較大 適用于寬帶濾波器時(shí)相對帶寬可達(dá)20 缺點(diǎn) 插損較大 濾波器在一個(gè)方向上占用了較大空間 微帶線濾波器 發(fā)夾型濾波器是由發(fā)夾型諧并排耦合振器而成 與平行耦合帶通濾波器相比 結(jié)構(gòu)更緊湊 信號輸入輸出方式可采用抽頭式和平行耦合方式 微帶線濾波器 交指型濾波器由兩個(gè)平行耦合線諧振器陣相互交叉組成的結(jié)構(gòu)具有良好的帶通濾波器特性 它的諧振器波長近似等于1 4 0 第二通帶中心在3w0 其間不會(huì)有寄生響應(yīng) 它在w 0和w w0的偶數(shù)倍上具有高次衰減極點(diǎn) 故阻帶衰減和截止率都較大 有終端短路和終端開路兩種形式 前者適于窄帶 后者適于寬帶 微帶線濾波器 微帶類橢圓函數(shù)濾波器相比前幾種 它通過在帶外引入衰減極點(diǎn) 能明顯改善濾波器的帶外特性 有更好的電特性 在超導(dǎo)狀態(tài) 由于導(dǎo)體薄膜的Q值很高 該種濾波器具有較高選擇性和較低的插損 微帶線濾波器 腔體濾波器 腔體濾波器由諧振腔 調(diào)諧螺釘?shù)冉M成 與其他性質(zhì)的濾波器比較 它的結(jié)構(gòu)牢固 性能穩(wěn)定可靠 體積小 Q值適中 高端寄生通帶較遠(yuǎn)而且散熱性能好 可用于較大功率和頻率 來濾除帶外強(qiáng)干擾信號 常見腔體濾波器有 同軸腔 波導(dǎo)腔 介質(zhì)腔等 同軸腔體濾波器具有電磁屏蔽特性和高Q值 低損耗 尺寸小等特性 但要在10GHz以上使用時(shí) 由于其微小的物理尺寸 制作精度很難達(dá)到 腔體濾波器 螺旋諧振腔 新型腔體結(jié)構(gòu) 它可提供高頻的諧振回路 解決甚高頻高質(zhì)量的窄帶濾波技術(shù)難題 螺旋濾波器 采用螺旋諧振器來實(shí)現(xiàn)耦合諧振器濾波器中的并聯(lián)諧振回路 螺旋諧振器 螺旋諧振器類似一個(gè)1 4波長的同軸線諧振器 由于電場 磁場全部被金屬表面限制在腔內(nèi) 故沒有輻射損耗 由于高頻電流的趨膚效應(yīng) 諧振器流過高頻電流的金屬表面是擴(kuò)展開了的 金屬損耗也很小 品質(zhì)因數(shù)很高 約在1000左右 腔體濾波器 傳輸線濾波器的一種 一般的 波導(dǎo)濾波器由不連續(xù)處和傳輸線段組成 兩者都可以等效為相應(yīng)的集總參數(shù)元和電路 波導(dǎo)不連續(xù)結(jié)構(gòu)提供等效電抗 傳輸線段等效諧振腔等 波導(dǎo)濾波器 waveguidefilter 波導(dǎo)濾波器 waveguidefilter 優(yōu)點(diǎn) 采用高Q值結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在大功率和高頻段的天饋系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛 具有較低的插損 良好的通帶駐波特性和較高的帶外衰減 溫度穩(wěn)定性好 特別適合于窄帶應(yīng)用 缺點(diǎn) 在同頻率濾波器中尺寸較大 聲表面 SAW 波濾波器 利用石英 鈮酸鋰 鈦酸鋇晶體具有壓電效應(yīng)的性質(zhì)做成的 壓電效應(yīng) 即是當(dāng)晶體受到機(jī)械作用時(shí) 將產(chǎn)生與壓力成正比的電場的現(xiàn)象 具有壓電效應(yīng)的晶體 在受到電信號的作用時(shí) 也會(huì)產(chǎn)生彈性形變而發(fā)出機(jī)械波 聲波 即可把電信號轉(zhuǎn)為聲信號 由于這種聲波只在晶體表面?zhèn)鞑?故稱為聲表面波 聲表面 SAW 波濾波器 特點(diǎn) 1 頻率響應(yīng)平坦 2 體積小 質(zhì)量輕 一致性好 便于批量生產(chǎn) 3 品質(zhì)因數(shù)和帶阻高 廣泛應(yīng)用于射頻前端和中頻系統(tǒng)缺點(diǎn) 插損一般較大 難于集成 同時(shí)在高頻下難以處理大功率 一般用于2GHz以下的無線通信系統(tǒng)中 陶瓷介質(zhì)濾波器 用微博陶瓷介質(zhì)按照TM TEM等模式要求制成的圓柱 圓環(huán)等形狀的介質(zhì)諧振器 再按微波網(wǎng)絡(luò)傳輸原理用電容集總參數(shù)和分布參數(shù)耦合而成 核心元件 壓電陶瓷振子 關(guān)鍵材料 壓電陶瓷材料 特點(diǎn) 性能優(yōu)良 插損小 有較高的功率承受能力 可與天線 開關(guān)集成 價(jià)格低廉 陶瓷介質(zhì)濾波器 缺點(diǎn) 體積大 形狀因子與品質(zhì)因數(shù)較小 較難用于多帶多功能3G移動(dòng)通信系統(tǒng) SIR 階躍阻抗諧振器 濾波器 隨著無線通信的發(fā)展 信號間的頻帶越來越窄 要求信號相互影響越小 對于濾波器的要求也越來越高 如何實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化 高選擇性 寬阻帶成為濾波器的主要研究方向 階躍阻抗諧振器 SIR 是由兩個(gè)以上具有不同特性阻抗的傳輸線組合而成的橫向電磁場或準(zhǔn)橫向電磁場模式的諧振器 4型SIR是其中最具吸引力的一種形式 它既能減小濾波器尺寸 又能通過調(diào)節(jié)阻抗比來很好控制