搜索
第1章微波滤波器1.1微波滤波器的发展历程及发展趋势发展历程1915年，德国科学家K.W.Wagn-er开创了一种以“瓦格纳滤波器”闻名于世的滤波器设计方法，与此同时，在美国，G.A.Canbell则发明了另一种以图像参数法而知名的设计方法。1917年，两国的科学家分别发明了LC滤波器，次年美国第一个多路复用系统面世。从此许多科研人员开始积极地和系统地对采用集总元件电感和电容的滤波器设计理论的研究。随着滤波器设计理论的深入研究、材料领域的不断进步及工作频率的日益升高，滤波器设计由原先的集总参数元件滤波器逐渐扩展到分布参数元件滤波器。1939年，P.D.Rich-temeyer报道了介电滤波器，由于当时材料的温度稳定性不高使用该种滤波器不足以实际应用。20世纪70年代以来，随着陶瓷材料的发展，介电滤波器的应用得到了迅速发展。近年来，小型化的趋势促进了各种类型微带滤波器的发展。20世纪80年代，出现了高临界温度超导材料，被认为极有可能用于设计出极低损耗和极小尺寸的新颖微波滤波器。目前，高温超导滤波器已逐步使用在军事和商业领域。发展趋势阶跃阻抗谐振器滤波器：阶跃阻抗结构的传输线谐振器久为人知，但一般用阻抗变换器。阶跃阻抗谐振器是由两个以上具有不同特性阻抗的传输线组合而成的横向电磁场或准横向电磁场模式的谐振器。根据此谐振器设计的带通滤波器比一般的发夹线微带滤波器尺寸小一半以上，此外，通过调节耦合线段与非耦合线段的阻抗比，还可以控制寄生通带在频率轴上的位置，从而具有较好的抑制谐波性能。另外，此谐振器与已知的平行耦合线、发夹型、交指型等结构相结合，又能设计出满足不同性能要求的滤波器。在基于多媒体的全球个人通信系统中将表现出极大的优越性。有源微波滤波器；蜂窝通信、GPS和电视广播等微波系统，一般要求使用低价格、高性能、全集成的商用收发设备。但该频段的集成谐振器的Q值较低、损耗较高。利用有源器件的负阻特性去抵消谐振电路的损耗来改善Q值，是微波有源滤波器的基本原理，Q值得改善降低了滤波器的通带消耗提高了阻带抑制，使矩形系数得到了明显改善。微波有源滤波器的目的是不失真地通过所要求的通带信号，同时尽可能大地抑制不需要的阻带信号。因此，研究和发展微波有源滤波器是实现该频段低损耗和高性能微波集成滤波器的重要手段，具有很大的市场潜力。1.2微波滤波器的常见参数插入衰减（IL）：传输功率LP与输入功率inP之比，以dB为单位，表示为：210log10log1ininLPILP式中in是输入端的反射系数。的波纹：表示相应幅度的最大值与最小值之差，以dB为单位。带宽：对于带通滤波器，定义为通带内对应于3dB衰减量的上变频与下变频的频率差，即333dBdBdBULBff阻带抑制：通常以60dB作为阻带抑制的设计值。品质因数（Q）：定义为在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均耗能之比。Q描述了滤波器的频率选择性，Q越高，带宽越窄，谐振曲线越尖锐，频率选择能力越强。各种品质因素的关系为：111LDFEQQQ式中总功耗（对应有载品质因素LDQ）包含滤波器的功耗（对应无载品质因数FQ）及外界负载的功耗（对应外部品质因素EQ）。FQ越高，插入损耗IL越低。1.3几种常用微波滤波器的比较1微带滤波器频率范围：500MHz~6GHz。带宽：10%~30%。插入损耗：5dB（随带宽不同而不同）。输入输出形式：SMA、N、L16等形式任选。输入输出驻波：1.8：1。2交指腔滤波器频率范围：800MHz~16GHz。带宽：10%~100%。插入损耗：0.5~2dB（随带宽不同而不同）。输入输出形式：SMA、N、L16等形式任选。输入输出形式：SMA、N、L16等形式任选。输入输出驻波：1.5：1。3梳状线腔滤波器频率范围：500MHz~6GHz。带宽：1%~40%。插入损耗：0.5~2dB（随带宽不同而不同）。输入输出形式：SMA、N、L16等形式任选。输入输出驻波：1.5：1。4螺旋腔滤波器频率范围：30MHz~1.2GHz。带宽：0.1%~20%。插入损耗：0.5~3.5dB（随带宽不同而不同）。输入输出形式：SMA、N、L16等形式任选。输入输出驻波：1.5：1。5同轴腔滤波器频率范围：800MHz~16GHz。带宽：0.1%~10%。插入损耗：0.5~2.5dB（随带宽不同而不同）。输入输出形式：SMA、N、L16等形式任选。输入输出驻波：1.4：1。6波导滤波器频率范围：2~40GHz。带宽：0.1%~20%。插入损耗：0.5~3dB（随带宽不同而不同）。输入输出形式：SMA、N、L16等形式任选。输入输出驻波：1.3：1。7小型集总参数滤波器频率范围：10~1500MHz。体积：1型：48*19*14mm2型：41*15*12mm。带宽：10%~200%。插入损耗：0.5~5dB（随带宽不同而不同）。输入输出形式：插针、SMA、N、L16等形式任选。输入输出驻波：1.5：1。以上各种滤波器工作温度均为-40℃~+60℃适合于各种军工设备。第2章微波滤波器的设计方法2.1典型低通滤波电路及其频率特性上图是一阶低通电路其特点是电路简单，阻带衰减较差，选择性较差。传递函数为：111ooVFiccVsAAsAssVs，其中1cRC，c称为特征角频率。上图是一阶低通滤波器的幅频特性曲线图中虚线为理想的情况，实线为实际的情况。2.2低通滤波器的设计方法