模擬濾波器的設(shè)計(jì)

1、第1章 微波濾波器1.1 微波濾波器的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì) 發(fā)展歷程1915年，德國(guó)科學(xué)家K.W.Wagn-er開(kāi)創(chuàng)了一種以“瓦格納濾波器”聞名于世的濾波器設(shè)計(jì)方法，與此同時(shí)，在美國(guó)，G.A.Canbell則發(fā)明了另一種以圖像參數(shù)法而知名的設(shè)計(jì)方法。1917年，兩國(guó)的科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)面世。從此許多科研人員開(kāi)始積極地和系統(tǒng)地對(duì)采用集總元件電感和電容的濾波器設(shè)計(jì)理論的研究。隨著濾波器設(shè)計(jì)理論的深入研究、材料領(lǐng)域的不斷進(jìn)步及工作頻率的日益升高，濾波器設(shè)計(jì)由原先的集總參數(shù)元件濾波器逐漸擴(kuò)展到分布參數(shù)元件濾波器。1939年，P.D.Rich-temeyer報(bào)道了介電濾

2、波器，由于當(dāng)時(shí)材料的溫度穩(wěn)定性不高使用該種濾波器不足以實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著陶瓷材料的發(fā)展，介電濾波器的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。近年來(lái)，小型化的趨勢(shì)促進(jìn)了各種類型微帶濾波器的發(fā)展。20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了高臨界溫度超導(dǎo)材料，被認(rèn)為極有可能用于設(shè)計(jì)出極低損耗和極小尺寸的新穎微波濾波器。目前，高溫超導(dǎo)濾波器已逐步使用在軍事和商業(yè)領(lǐng)域。發(fā)展趨勢(shì)階躍阻抗諧振器濾波器：階躍阻抗結(jié)構(gòu)的傳輸線諧振器久為人知，但一般用阻抗變換器。階躍阻抗諧振器是由兩個(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(chǎng)或準(zhǔn)橫向電磁場(chǎng)模式的諧振器。根據(jù)此諧振器設(shè)計(jì)的帶通濾波器比一般的發(fā)夾線微帶濾波器尺寸小一半以上，此外，

3、通過(guò)調(diào)節(jié)耦合線段與非耦合線段的阻抗比，還可以控制寄生通帶在頻率軸上的位置，從而具有較好的抑制諧波性能。另外，此諧振器與已知的平行耦合線、發(fā)夾型、交指型等結(jié)構(gòu)相結(jié)合，又能設(shè)計(jì)出滿足不同性能要求的濾波器。在基于多媒體的全球個(gè)人通信系統(tǒng)中將表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。有源微波濾波器；蜂窩通信、GPS和電視廣播等微波系統(tǒng)，一般要求使用低價(jià)格、高性能、全集成的商用收發(fā)設(shè)備。但該頻段的集成諧振器的Q值較低、損耗較高。利用有源器件的負(fù)阻特性去抵消諧振電路的損耗來(lái)改善Q值，是微波有源濾波器的基本原理，Q值得改善降低了濾波器的通帶消耗提高了阻帶抑制，使矩形系數(shù)得到了明顯改善。微波有源濾波器的目的是不失真地通過(guò)所要求的通

4、帶信號(hào)，同時(shí)盡可能大地抑制不需要的阻帶信號(hào)。因此，研究和發(fā)展微波有源濾波器是實(shí)現(xiàn)該頻段低損耗和高性能微波集成濾波器的重要手段，具有很大的市場(chǎng)潛力。1.2 微波濾波器的常見(jiàn)參數(shù)插入衰減（IL）：傳輸功率與輸入功率之比，以dB為單位，表示為：式中是輸入端的反射系數(shù)。的波紋：表示相應(yīng)幅度的最大值與最小值之差，以dB為單位。帶寬：對(duì)于帶通濾波器，定義為通帶內(nèi)對(duì)應(yīng)于3dB衰減量的上變頻與下變頻的頻率差，即阻帶抑制：通常以60dB作為阻帶抑制的設(shè)計(jì)值。品質(zhì)因數(shù)（Q）：定義為在諧振頻率下， 平均儲(chǔ)能與一個(gè)周期內(nèi)平均耗能之比。Q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

5、品質(zhì)因素的關(guān)系為：式中總功耗（對(duì)應(yīng)有載品質(zhì)因素）包含濾波器的功耗（對(duì)應(yīng)無(wú)載品質(zhì)因數(shù)）及外界負(fù)載的功耗（對(duì)應(yīng)外部品質(zhì)因素）。越高，插入損耗IL越低。1.3 幾種常用微波濾波器的比較1微帶濾波器頻率范圍：500MHz6GHz。帶寬：10%30% 。插入損耗：5dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.8 ：1。2交指腔濾波器頻率范圍：800MHz16GHz。帶寬：10% 100%。插入損耗：0.52dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.5 ：1。3梳狀線腔濾波

6、器頻率范圍：500MHz6GHz。帶寬：1%40%。插入損耗：0.52dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.5 ：1。4螺旋腔濾波器頻率范圍：30MHz1.2GHz。帶寬：0.1%20%。插入損耗：0.53.5dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.5 ：1。5同軸腔濾波器頻率范圍：800MHz16GHz。帶寬：0.1%10%。插入損耗：0.52.5dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.4 ：1。6波導(dǎo)濾波器頻率范圍：240GHz。帶寬：0.1%20%。插入損耗：0.53dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.3 ：1。7小型集總參數(shù)濾波器頻率范圍：101500MHz。體積：1型：48*19*14mm 2型：41*15*12mm。帶寬：10% 200%。插入損耗：0.55dB（隨帶寬不同而不同）。輸入輸出形式：插針、SMA、N、L16等形式任選。輸入輸出駐波：1.5 ：1。以上各種濾波器工作溫度均為-40+60適合于各種軍工設(shè)備。第2章 微波濾波器的設(shè)計(jì)方法2.1 典型低通濾波電路及