现代滤波器设计讲座(2_2滤波器设计实例)

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1、电子科技大学电子科技大学 贾宝富贾宝富 博士博士现代滤波器设计讲座（二）现代滤波器设计讲座（二）滤波器设计实例滤波器设计实例滤波器技术参数滤波器技术参数n滤波器要求的技术参数；n中心频率；400MHz；n带宽：12MHz；n插入损耗：小于1dBn带内波动：小于0.5dBn群时延：小于150纳秒n带外抑制度：偏离中心频率15MHz；大于40dB；n功率容量：平均功率大于200Wn工作温度：-4580摄氏度电子科技大学电子科技大学 贾宝富贾宝富 博士博士现代滤波器设计讲座（二）现代滤波器设计讲座（二）1、利用仿真软件作出初始设计确定设计参数确定设计参数n用户提出的带寛、带内插损和带外隔离等技术指标

2、与设计指标不同。n受温度漂移、击穿功率和群时延等技术指标的限制，滤波器设计的工作带寛要比用户要求的带寛宽一些。通常，设计带寛比用户要求大20%左右。n设计时，滤波器插损、隔离、击穿功率和群时延等要比用户要求高一些。6阶切比雪夫滤波器耦合矩阵阶切比雪夫滤波器耦合矩阵n输入中心频率；带寛等参数6阶切比雪夫滤波器计算结果阶切比雪夫滤波器计算结果n6阶切比雪夫滤波器的储能、群时延和S参数385390395400405410415380420-60-40-20-800f req, M H zdB(S(1, 1)dB(S(2, 1)R eadoutm 1R eadoutm 2R eadoutm 3R ea

3、doutm 4m 1freq=dB(S(2, 1)=-0. 682392. 6M H zm 2freq=dB(S(2, 1)=-0. 773407. 7M H zm 3freq=dB(S(2, 1)=-43. 663385. 1M H zm 4freq=dB(S(2, 1)=-41. 929415. 1M H z6阶交叉耦合滤波器耦合矩阵阶交叉耦合滤波器耦合矩阵n输入中心频率；带寛等参数6阶交叉耦合滤波器计算结果阶交叉耦合滤波器计算结果n6阶交叉耦合滤波器的储能、群时延和S参数385390395400405410415380420-80-60-40-20-1000f req, M H zdB(

4、S(1, 1)dB(S(2, 1)R eadoutm 1R eadoutm 2R eadoutm 3R eadoutm 4m 1freq=dB(S(2, 1)=-0. 568393. 0M H zm 2freq=dB(S(2, 1)=-0. 558406. 9M H zm 3freq=dB(S(2, 1)=-60. 116385. 7M H zm 4freq=dB(S(2, 1)=-59. 608414. 4M H z7阶切比雪夫滤波器耦合矩阵阶切比雪夫滤波器耦合矩阵n输入中心频率；带寛等参数7阶切比雪夫滤波器计算结果阶切比雪夫滤波器计算结果n7阶切比雪夫滤波器的储能、群时延和S参数38539

5、0395400405410415380420-60-40-20-800f req, M H zdB(S(1, 1)dB(S(2, 1)R eadoutm 1R eadoutm 2R eadoutm 3R eadoutm 4m 1freq=dB(S(2, 1)=-0. 868392. 6M H zm 2freq=dB(S(2, 1)=-0. 869407. 5M H zm 3freq=dB(S(2, 1)=-55. 117385. 1M H zm 4freq=dB(S(2, 1)=-53. 006415. 0M H z8阶切比雪夫滤波器耦合矩阵阶切比雪夫滤波器耦合矩阵n输入中心频率；带寛等参数8

6、阶切比雪夫滤波器计算结果阶切比雪夫滤波器计算结果n8阶切比雪夫滤波器的储能、群时延和S参数385390395400405410415380420-80-60-40-20-1000f req, M H zdB(S(1, 1)dB(S(2, 1)R eadoutm 1407. 6M-1. 171 m 2R eadoutm 3R eadoutm 4m 1freq=dB(S(2, 1)=-1. 028392. 7M H zm 2freq=dB(S(2, 1)=-1. 171407. 6M H zm 3freq=dB(S(2, 1)=-66. 529385. 1M H zm 4freq=dB(S(2,

7、1)=-64. 280415. 0M H z几种滤波器拓扑结构的比较几种滤波器拓扑结构的比较6阶切比雪夫8阶切比雪夫6阶交叉耦合7阶切比雪夫小结小结n根据给定的技术指标，考虑到温度对滤波器特性的影响。我们初步把滤波器的阶数确定为6阶交叉耦合或7阶切比雪夫。n与交叉耦合滤波器相比，切比雪夫滤波器结构简单，工程上容易实现。如果滤波器体积和造价允许，我们将首选7阶切比雪夫。因此，综合考虑温度对滤波器特性的影响和拓扑机构三维实现的方便程度后，我们确定滤波器的拓扑结构为7阶切比雪夫滤波器。7阶切比雪夫滤波器的技术数据阶切比雪夫滤波器的技术数据n所有谐振腔的谐振频率都是400MHzn腔体间的耦合系数和输入

8、/输出腔的有载品质因数如下表所示。7阶切比雪夫滤波器等效电路参数阶切比雪夫滤波器等效电路参数040S220101227878400;150.0375;4003 10 ;1126.92611126.9261LfMHzMHzbwMHzQQKbw mQKbw m 1212232334344545565667670.03113;0.02245;0.02114;0.02114;0.02245;0.03113;Kbw mKbw mKbw mKbw mKbw mKbw m111000111;22LCRffQ电子科技大学电子科技大学 贾宝富贾宝富 博士博士现代滤波器设计讲座（二）现代滤波器设计讲座（二）2、确

9、定滤波器使用的腔体确定合适的腔体结构确定合适的腔体结构谐振腔设计初始考虑谐振腔设计初始考虑n由于，该滤波器工作频率较低，同时要求的功率容量又比较大，所以考虑使用梳状结构腔体。n梳状结构腔体的谐振频率主要由谐振杆的长度和加载电容的大小决定。如果，加载电容不大，谐振杆的初始长度定为略小于1/2波长。加载较重，长度可定为1/4波长或更短。n梳状结构腔体的大小和杆的粗细主要影响腔体Q值。可根据谐振杆的尺寸适当选择腔体尺寸和谐振杆其它尺寸的初值。通过仿真模型应得到的信息通过仿真模型应得到的信息n通过单腔仿真应该获得如下信息：q工作模式的谐振频率；q通过计算与工作模式相邻模式的频率，确定寄生通带的大概位置

10、；q通过计算腔体Q值，确定滤波器的插损；q通过计算腔体内的场分布，确定滤波器电场最大点的位置和场强；n仿真模型要模拟滤波器工作状态腔体的损耗和高次模。所以，腔体不能简化。建立中间腔体计算模型建立中间腔体计算模型 A=30mm B=60mm C=120mm R1=5mm R2=6mm R3=8mm L=114.5mm H=15mm模型中金属材料设为银。模型中除两侧外，边界设为有耗材料（金属v银）。计算结果计算结果1、确定腔体Q0值；2、确定中间腔体的几何尺寸02700;114.69;QLengthmm高次谐波频率大于14GHz电子科技大学电子科技大学 贾宝富贾宝富 博士博士现代滤波器设计讲座（二

11、）现代滤波器设计讲座（二）3、设计腔体间耦合结构腔体间的耦合结构腔体间的耦合结构n腔体间耦合结构的类型有两种类型。q电耦合；q磁耦合； 在对称面上分别设置为完全导电面(PEW)和完全导磁面(PMW)，在HFSS中用本征模求解器，得到的本征频率分别对应 和 ，耦合系数的模可以用下面的公式计算。耦合系数耦合系数-电壁电壁/磁壁法磁壁法efmf2222ememffkff 对于对称耦合谐振器的情况，两个谐振器频率完全相同，这样可以将耦合谐振器从对称面劈开，如右图所示。K为正表示磁耦合； K为负表示电耦合。 而如果两个谐振器是非对称的，同样也可以采用相同的方法，将两谐振器从中间劈开，这时每一个谐振器在对