微波濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例

1.微帶匹配電路設(shè)計(jì)2.

波導(dǎo)匹配電路設(shè)計(jì)微波電路與器件設(shè)計(jì)方法及實(shí)例3.微帶雙分支定向耦合器設(shè)計(jì)5.微波低通濾波器設(shè)計(jì)6.波導(dǎo)帶通濾波器設(shè)計(jì)7.微帶帶通濾波器設(shè)計(jì)4.威爾金森功分器設(shè)計(jì)解：（1）輸入匹配電路的設(shè)計(jì)

輸入匹配電路的設(shè)計(jì)就是將Z0轉(zhuǎn)換為ZMS，與第1章中介紹的將負(fù)載復(fù)阻抗變換為傳輸線的實(shí)特性阻抗的過(guò)程相反，但原理是一樣的。設(shè)計(jì)實(shí)例1

下圖所示是一個(gè)GaAsFET放大電路的原理圖。要求從FET向信號(hào)源方向看去的阻抗，從FET向負(fù)載方向看去的阻抗。已知工作頻率為3GHz，，試用微帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸入、輸出匹配電路。微帶基片的相對(duì)介電常數(shù)=9.9，基片厚度h=1mm。為簡(jiǎn)單起見，取

方法：先通過(guò)一段四分之一波長(zhǎng)的傳輸線，將導(dǎo)納Y0變換為GMS，然后再用終端開路的并聯(lián)分支線提供電納jBMS，二者并聯(lián)后即可得所需要的YMS。

→→h=1mm，→由相對(duì)介電常數(shù)=9.9，查表2.7-1或由式(2.7-8)得→解：（2）輸出匹配電路的設(shè)計(jì)

輸出匹配電路的設(shè)計(jì)就是將Z0轉(zhuǎn)換為ZML。設(shè)計(jì)實(shí)例1

下圖所示是一個(gè)GaAsFET放大電路的原理圖。要求從FET向信號(hào)源方向看去的阻抗，從FET向負(fù)載方向看去的阻抗。已知工作頻率為3GHz，，試用微帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸入、輸出匹配電路。微帶基片的相對(duì)介電常數(shù)=9.9，基片厚度h=1mm。由于，故選取

方法：先通過(guò)一段四分之一波長(zhǎng)的傳輸線，將導(dǎo)納Y0變換為GML，然后再用終端開路的并聯(lián)分支線提供電納jBML，二者并聯(lián)后即可得所需要的YML。

→→于是得

因?yàn)橄鄬?duì)介電常數(shù)=9.9，查表2.7-1或由式(2.7-8)得放大電路的最終結(jié)構(gòu)如下圖所示。解：設(shè)計(jì)實(shí)例2

一個(gè)喇叭天線由標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)BJ-100饋電，傳輸TE10模，波長(zhǎng)為3cm，天線的歸一化輸入阻抗為（1）若用一對(duì)稱電容膜片進(jìn)行匹配，如下圖所示，求電容膜片接入處到喇叭天線的距離L及膜片尺寸d的值。（設(shè)膜片厚度t=0）（2）若采用對(duì)稱電感膜片進(jìn)行匹配，則L及d各為多少？設(shè)t=0）查附錄I知，標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)BJ-100的尺寸為

→故可實(shí)現(xiàn)單模傳輸。

所以，該饋電網(wǎng)絡(luò)與并聯(lián)單枝節(jié)匹配電路的原理相同。設(shè)計(jì)實(shí)例2

天線的歸一化輸入阻抗為（1）若用一對(duì)稱電容膜片進(jìn)行匹配，如下圖所示，求電容膜片接入處到喇叭天線的距離L及膜片尺寸的值。（設(shè)t=0）（2）若采用對(duì)稱電感膜片進(jìn)行匹配，則L及d各為多少？設(shè)t=0）用并聯(lián)單枝節(jié)匹配原理進(jìn)行求解。

若采用并聯(lián)終端開路分支的計(jì)算公式，則

(i=1,2)→解：（1）若用一對(duì)稱電容膜片進(jìn)行匹配，求L及d的值。（設(shè)t=0）（2）若用一對(duì)稱電感膜片進(jìn)行匹配，則L及d各為多少？設(shè)t=0）由式（1.6-21a）、（1.6-23a）得

由式（1.6-21b）、（1.6-23b）得A-A1處所呈現(xiàn)的歸一化電納

（容性）（感性）解：（1）若用一對(duì)稱電容膜片進(jìn)行匹配，求L及d的值。（設(shè)t=0）（2）若用一對(duì)稱電感膜片進(jìn)行匹配，則L及d各為多少？設(shè)t=0）若采用對(duì)稱電容膜片，則

（1）對(duì)于容性電納，取

（容性）（感性）令→解：（1）若用一對(duì)稱電容膜片進(jìn)行匹配，求L及d的值。（設(shè)t=0）（2）若用一對(duì)稱電感膜片進(jìn)行匹配，則L及d各為多少？設(shè)t=0）若采用對(duì)稱電感膜片，令

（2）對(duì)于感性電納，取

（容性）（感性）→d≈1.46cm設(shè)計(jì)步驟：

3.微帶雙分支定向耦合器設(shè)計(jì)方法①確定耦合器技術(shù)指標(biāo)。②利用式(6.2-17)計(jì)算出各線段的歸一化導(dǎo)納。③利用式（6.2-19）計(jì)算各段微帶線的特性阻抗；

利用式（2.7-8）計(jì)算主線和各微帶線段的導(dǎo)體帶條寬度。④根據(jù)工作頻率計(jì)算微帶線段的相波長(zhǎng)和導(dǎo)體帶條長(zhǎng)度。

設(shè)計(jì)實(shí)例3試設(shè)計(jì)一個(gè)3dB微帶雙分支定向耦合器，已知各端口微帶線特性阻抗均為50歐姆，中心頻率為5GHz，介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)，基板厚度h=0.8mm。C=3dB,R=1解：

→→

由式（2.7-8）得主線和各微帶線段的導(dǎo)體帶條寬度分別為設(shè)計(jì)實(shí)例3試設(shè)計(jì)一個(gè)3dB微帶雙分支定向耦合器，已知各端口微帶線特性阻抗均為50歐姆，中心頻率為5GHz，介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)，基板厚度h=0.8mm。解：

由式（2.7-7）得→→對(duì)于等分功分器4.威爾金森功分器設(shè)計(jì)公式匯總等分功分器設(shè)計(jì)實(shí)例4

試用介電常數(shù)，厚度h=1.0mm的介質(zhì)基片設(shè)計(jì)一個(gè)二等分的威爾金森功分器。要求其中心頻率為1.8GHz，輸入、輸出端均接特性阻抗為50Ω的微帶線。解：已知對(duì)于等分功分器W0≈1.91mm，W02=W03≈1.01mm→設(shè)計(jì)實(shí)例4

試用介電常數(shù)，厚度h=1.0mm的介質(zhì)基片設(shè)計(jì)一個(gè)二等分的威爾金森功分器。要求其中心頻率為1.8GHz，輸入、輸出端均接特性阻抗為50Ω的微帶線。解：=3.215

W0≈1.91mm，W02=W03≈1.01mm→各尺寸含義如右圖所示。設(shè)計(jì)實(shí)例5

分別用同軸結(jié)構(gòu)和微帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)切比雪夫式微波低通濾波器，要求其截止頻率,帶內(nèi)最大衰減,在阻帶邊頻處,Ls≥30dB,輸入、輸出傳輸線的特性阻抗均為Z0=50Ω。解:①根據(jù)技術(shù)指標(biāo)LS、ωS′確定元件數(shù)n

②求低通原型濾波器元件的歸一化值

由LS

≥30dB,從圖7.2.5(a)中查得n＝5由表7.2.2(b)查得n＝5時(shí)低通原型濾波器元件的歸一化值為

g1=g5=1.7058，g2=g4=1.2296，g3=2.5408，g6=1.0000

③選定梯形電路的形式,計(jì)算各元件的真實(shí)值

選用電容輸入式電路。頻率變換式：

④微波實(shí)現(xiàn)

用高、低阻抗線等效串聯(lián)電感和并聯(lián)電容。

應(yīng)在可實(shí)現(xiàn)的前提下，選盡可能高的高阻抗和盡可能低的低阻抗，同時(shí)還要保證線段長(zhǎng)度（即滿足的條件）

高、低阻抗線等效的電感、電容由特性阻抗和線段長(zhǎng)度l共同決定，故可以選擇其中一個(gè)，用上式確定另一個(gè)。

為了保證選擇的合理性，需首先進(jìn)行初步的測(cè)算。→→當(dāng)R0=50Ω時(shí)

在確定了gk和gi后，就可以根據(jù)上式選盡可能高的阻抗和盡可能低的阻抗了。（i）同軸結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體內(nèi)直徑D=1.6cm

選擇l2、l4段的高特性阻抗為

→50Ω輸入、輸出同軸線的內(nèi)導(dǎo)體直徑d=0.695cm。

g1=g5=1.7058，g2=g4=1.2296，g3=2.5408，g6=1.0000→→選擇l1、l3、l5段的低特性阻抗為

則

(ii)微帶結(jié)構(gòu)如此選擇的高、低阻抗線特性阻抗?jié)M足上式要求。

假設(shè)選擇εr=9.9，h=1mm的介質(zhì)基板進(jìn)行設(shè)計(jì)，則查表2.7-1得①確定低通原型參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)例6

設(shè)計(jì)一最平坦式波導(dǎo)帶通濾波器，其中心頻率f0=11.95GHz,帶寬Δf=500MHz，帶內(nèi)最大衰減Lp=3dB，頻率在11.95±1.0GHz以外衰減≥30dB。查圖7.2-3得，n=3,查表7.2-1得各歸一化元件值為

由濾波器的工作頻帶，查附錄I可知，可選BJ120標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，解：其尺寸為a=19.05mm,b=9.525mm②計(jì)算倒置變換器的歸一化特性阻抗

設(shè)計(jì)實(shí)例6

設(shè)計(jì)一最平坦式波導(dǎo)帶通濾波器，其中心頻率f0=11.95GHz,帶寬Δf=500MHz，帶內(nèi)最大衰減Lp=3dB，頻率在11.95±1.0GHz以外衰減≥30dB。波導(dǎo)的尺寸a=19.05mm,b=9.525mm。③計(jì)算并聯(lián)電感的歸一化感抗④計(jì)算諧振腔的實(shí)際長(zhǎng)度腔體的實(shí)際長(zhǎng)度為

⑤求電感的尺寸(i)若用電感膜片實(shí)現(xiàn)電感

⑤求電感的尺寸(ii)若用單銷釘實(shí)現(xiàn)電感，則得銷釘?shù)闹睆椒謩e為⑤求電感的尺寸(iii)若用三銷釘實(shí)現(xiàn)電感，則得銷釘?shù)闹睆椒謩e為采用切比雪夫衰減特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。

解：①確定低通原型設(shè)計(jì)實(shí)例7設(shè)計(jì)一側(cè)邊平行耦合微帶帶通濾波器，其通帶的頻率范圍為4.75～5.25GHz，通帶內(nèi)允許的最大衰減Lp=0.5dB,通帶外fS1=3.9GHz,fS2=6GHz處的LS≥30dB,輸入、輸出傳輸線特性阻抗為50歐姆?；穸萮=0.8mm,相對(duì)介電常數(shù)εr＝10。查圖7.2-6（b）得n=3

查表7.2-2（b）得②計(jì)算各導(dǎo)納倒置變換器的特性導(dǎo)納設(shè)計(jì)實(shí)例7

設(shè)計(jì)一側(cè)邊平行耦合微帶帶通濾波器，其通帶的頻率范圍為4.75～5.25GH