现代滤波器设计讲座(21)培训资料
基础滤波器知识培训
基础滤波器知识一。
滤波器基本概念1。
滤波器是什么？滤波器（Fiｌtｅr）是频率选择器件,用于在通信系统中对通信链路中的信号频率进行选择和控制2．什么是带通滤波器（baｎdpassｆilter)？带通滤波器是指只允许指定的一段有效频率分量通过,而将高于以及低于此段频率分量进行有效抑制的器件。
此外,常见的滤波器形式还有低通,高通，低阻，高阻，带阻。
３．什么是双工器（Diplexer, Dｕpｌｅｘer)?能同时对接收和发射提供通道，并对接收和发射的频率分量进行控制的滤波器，称为双工器。
4。
无线通信用滤波器作用是什么？我们的产品在通信系统中起何作用?用在何处？我们的微波射频产品在移动通信系统中叫射频前端.框图如下：我们公司的产品主要用于提供无线通信收发信道，同时通过收/发两个带通滤波器对信号的选择和控制，抑制掉对通信频带有干扰的频率分量，同时避免了对其他通信方式所在的频带的干扰,并且有效保持接收和发射频带的隔离，提高通信质量.5.基站双工器上的低通滤波器作用是什么?为了有效抑制寄生通带，我们通过增加低通滤波器对其进行抑制。
６.什么是塔放（塔顶放大器）,有什么作用?塔顶放大器的原理就是通过在基站接收系统的前端，即紧靠接收天线下增加一个低噪声放大器（ＬNA－ Low Noiｓe Amplifiｅr）来实现对基站接收性能的改善。
塔放带来的好处是多方面的。
这主要是由于塔放从技术原理上是降低基站接收系统噪声系数，从而提高基站接收系统灵敏度，这样它起到的作用是对基站接收性能的改善.7.什么是dBｍ，ｄBi，dBd，dB，ｄBｃ？１。
dBmﻫｄBｍ是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:１0lgＰ（功率值／1mw）。
［例1] 如果发射功率Ｐ为1mｗ，折算为dBm后为0dBm.[例2] 对于4０W的功率,按dＢｍ单位进行折算后的值应为：10lg(40W／1ｍw)＝１0lg（40０0０）＝10lg4+１0lｇ10+10ｌg1０00=46dBm.2。
现代滤波器设计讲座
其中，RL是回波损耗。
滤波器的传输极点
滤波器的反射系数：
FN ( s) S11 ( s) EN ( s )
FN是n阶首项为1的多项式。 EN是归一化Hurwitz多项式。并满足下面的谱方程： 使滤波器反射系数为零的复频率点被称作反射零点或传输极 点。
传输极点
滤波器的滤波函数
N腔耦合滤波器 的归一化耦合矩阵
如果有N个腔体，腔体耦合归一化耦合矩阵为，
0 m s1 [M ] L msN msL ms1 m11 L m1N m1L L L L L L msN m1N L mNN mNL msL m1L L mNL 0
PN(s)是以s为变量的m阶多项式（m<n-1）。那些使 传输系数为零的频率点被称作滤波器的 传输零点。 PN (s) (1)n1 PN (s) 。（这表明滤波器的传 PN(s)满足， 输零点关于虚轴共轭对称。）
是一个在 1 归一化 的常数。
1 10 RL 101 PN ( s ) FN ( s ) 0; 1
P S11 S12 1 F [S ] E P (1)n F S21 S22
其中，n是谐振腔个数。E、P和F是以s j 为 复变量的多项式。 是归一化频率。
滤波器的传输零点
滤波器的传输系数：
PN ( s) S21 ( s) EN ( s )
平面结构滤波器
基片集成波导滤波器
微带基片集成波导是一种近几年出现的新型传 输线。由于这种传输线的损耗比普通微带线小。 所以有很多人使用这种结构制作滤波器。
微波滤波器设计培训教程-(附加条款版)
微波滤波器设计培训教程一、引言微波滤波器是微波通信系统、雷达系统、电子对抗系统等领域中不可或缺的组成部分。
随着现代通信技术的快速发展，微波滤波器的设计和应用日益受到重视。
本教程旨在为从事微波滤波器设计的工程师和技术人员提供系统的培训，帮助学员掌握微波滤波器的基本原理、设计方法和实际应用。
二、微波滤波器的基本原理1.滤波器的定义与分类滤波器是一种选频元件，用于从输入信号中选出特定频率范围内的信号，抑制其他频率的信号。
根据滤波特性，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
2.微波滤波器的原理微波滤波器利用微波电路的传输特性，实现对特定频率范围内信号的传输或抑制。
其主要原理包括谐振、耦合和阻抗匹配等。
三、微波滤波器的设计方法1.谐振器设计谐振器是微波滤波器的核心部分，用于实现信号的谐振。
谐振器的设计包括谐振频率、品质因数和耦合系数等参数的确定。
常用的谐振器有微带谐振器、介质谐振器和谐振腔等。
2.耦合系数设计耦合系数是描述谐振器之间相互作用的参数，它决定了滤波器的带宽和带外抑制。
耦合系数的设计包括相邻谐振器间的耦合和级联谐振器间的耦合。
3.阻抗匹配设计阻抗匹配是确保微波滤波器在输入和输出端口与外部电路阻抗匹配的过程。
阻抗匹配设计包括传输线匹配、阻抗变换器设计和反射系数优化等。
四、微波滤波器的实际应用1.微波滤波器的应用领域微波滤波器广泛应用于通信系统、雷达系统、电子对抗系统、导航系统等领域。
其主要功能是实现信号的滤波、放大、混频等。
2.微波滤波器的选型与调试根据实际应用需求，选择合适的微波滤波器类型和参数。
在调试过程中，通过调整谐振器、耦合系数和阻抗匹配等参数，实现对滤波器性能的优化。
五、总结本教程系统地介绍了微波滤波器的设计原理、方法和实际应用。
通过学习本教程，学员可以掌握微波滤波器的设计要点，提高实际工程应用能力。
希望本教程能为我国微波滤波器技术的发展做出贡献。
微波滤波器的设计方法1.谐振器设计选择谐振器类型：根据应用需求和频率范围，选择合适的谐振器类型，如微带谐振器、介质谐振器和谐振腔等。
滤波器技术讲座系列
LC滤波器技术
三奇科技有限公司
LC滤波器技术讲座
讲座内容
• LC滤波器基本知识介绍 • LC滤波器器性能特点 • LC滤波器器使用说明
LC滤波器基本知识介绍
引言： LC滤波器由于其价格优势、且不受硬件限制，广泛应用于电力、油 田、钢铁、冶金、煤矿、石化、造船、电铁、新能源等行业。 1.滤波器定义 滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信 号尽可能无衰减的通过，让无用信号尽可能大的衰减。
LC滤波器性能特点
（2）典型应用
• 在电路和电子高频系统中有较好的选频滤波作用，并能抑制带外无用 信号及噪声 • 在航空、航天、雷达、通信、电子对抗、广播电视及各种电子测试设 备中应用
（3）极限参数
• 最大输入功率：2W • 工作温度范围：－５５℃~８５℃ • 储存温度范围：－６５℃~１２５℃
LC滤波器性能特点
通过频率 MHZ) DC~0.5 DC~10 DC~50 DC~120 DC~180 DC~230 DC~300 DC~600 3dB截止 频率(MHZ) 0.5 10 50 120 180 230 300 600 过渡频率 带宽(MHZ) <0.2 <2 <10 <20 <36 <45 <50 <100 远端带外 插入损耗 带内波动 驻波比 抑制（dB） （dB） >50 >50 >50 >50 >50 >50 >50 >50 <3 <3 <3 <3 <3 <3 <3 <3 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <0.5 <1.5:1 <1.5:1 <1.5:1 <1.5:1 <1.5:1 <1.5:1 <1.5:1 <1.5:1 SPC /D8A /D4A /MF 封装 型号
无源滤波器原理介绍及简单设计(培训资料)培训课件
阶跃响应的计算
根据滤波器的传递函数， 通过时间域的积分可以得 到滤波器的阶跃响应。
阶跃响应的特性
阶跃响应具有时域的特性， 可以反映滤波器对信号突 变和噪声的抑制能力。
03 无源滤波器的设计方法
巴特沃斯滤波器设计
巴特沃斯滤波器是一种常见的无源滤波器，其特 点是通带和阻带都有平坦的频率响应。
设计巴特沃斯滤波器需要确定滤波器的阶数和截 止频率，然后使用公式计算滤波器的参数。
要求。
阻带衰减
测试滤波器在阻带区的衰减性 能，确保信号被有效抑制。
通带波动
测试滤波器在通带区的波动， 以衡量信号的纯净度。
群时延
测试滤波器在不同频率下的信 号延迟，确保信号的完整性。
调整元件参数优化性能
电容和电感值
通过调整电容和电感的值， 可以改变滤波器的频率响 应和阻抗特性。
电路元件布局
优化元件在电路板上的布 局，可以减小电磁干扰和 信号损失。
04
无源滤波器的应用场景
电源滤波
用于抑制电源线上的高频干扰信号，提高电 源质量。
信号处理
用于提取或滤除特定频率的信号，如音频处 理、射频通信等。
电子测量
用于消除测量中的噪声干扰，提高测量精度。
自动控制
用于控制系统中的信号处理，提高系统的稳 定性。
02 无源滤波器的工作原理
滤波器的传递函数
传递函数定义
物联网领域
随着物联网技术的快速发展，无源滤波器在物联网终端设备中的应用越来越广 泛，用于实现信号的筛选和优化。
新能源领域
在新能源领域，如太阳能、风能等，无源滤波器可用于优化能源转换效率，提 高能源利用水平。
无源滤波器未来的发展方向
智能化
现代滤波器设计讲座(2_1广义切比雪夫滤波器的电路仿真)
jJ12
G2
j(
2
2 )
jJ23
jJ13
jJ23
v1 v2
is
0
GL G3
j(
3
3
)
v3
0
或
[Y ][v] [i]
p
[Y
]
0
0 p
0
0
Gs j 0
g1
0 g2
0 0
t11 t21
t12 t22
t13
t23
0 0 p
0
0
GL
g3
t31
+A
I_4 R=1/Qu L=L4 C=C4
E
0
Z=m01*Sqrt(bw f)
E=90deg
F=F
E
Z=m12*bw f E=90deg F=F
E
Z=m23*bw f E=90deg F=F
E
Z=m34*bw f E=90deg F=F
E
Z=m01*Sqrt(bw f)
0
E=90deg
F=F
计算结果
L
m( n 1)( n 1) mn ( n 1)
m1n
m2n
L
m(
n 1) n
mnn
低通原型和带通滤波器之间的变换
低通到带通的频率变换式为：
其中，
0
1 FBW
0
0
12
FBW 2 1 0
1,2 分别为上下边带频率；0为通带中心频率；FBW
为分数带寛。 是归一化频率。
1; 1
{p[I ] j[R] [M ]}[i] j [e] FBW
RS
r1
现代滤波器设计讲座
容性膜片耦合
Perfect E
Perfect H
K ffe e 2 2 ffm m 2 2 9 9 ..9 9 3 3 8 8 2 2 7 7 2 2 9 9 ..2 2 9 9 9 9 3 3 9 9 2 2 0 .0 6 6 3 4 6 5
耦合系数—双模提取法
前面的分析是分别提取两个频率 和f e ，f而m 对于 耦合谐振器对，不管是对称结构的还是非对称结
freq, MHz
m3 freq=385.7MHz dB(S(2,1))=-60.116
m4
freq=414.4MHz dB(S(2,1))=-59.608
7阶切比雪夫滤波器耦合矩阵
输入中心频率；带寛等参数
7阶切比雪夫滤波器计算结果
7阶切比雪夫滤波器的储能、群时延和S参数
m1 freq=392.6MHz dB(S(2,1))=-0.868
2 6 .9 2 6 1
1
1
QL
K
2 78
bw
m
2 78
2 6 .9 2 6 1
L121f0;C121f0;R1Q 10;
K 12 b w m 12 0 .0 3 1 1 3; K 23 b w m 23 0 .0 2 2 4 5; K 34 b w m 34 0 .0 2 1 1 4; K 45 b w m 45 0 .0 2 1 1 4; K 56 b w m 56 0 .0 2 2 4 5; K 67 b w m 67 0 .0 3 1 1 3;
； 耦合量较小；
耦合系数变化曲线
中心频率变化曲线
探针耦合
探针耦合的特点：
电耦合； 功率容量较大； 耦合结构占空间较小
； 耦合结构将产生额外
滤波器培训 资料
介质陶瓷高频滤波器基础培训资料1. 滤波器的种类1-1. 根据性能分类1-2. 根据通带分类1-3. 根据结构分类2. 介质陶瓷滤波器的定义3. 介质陶瓷及滤波器的主要特性3-1. 介质陶瓷的主要特性3-2. 介质陶瓷滤波器的主要特性4. 相关的介质陶瓷滤波器的区分4-1. 根据外观区分4-2. 根据不同的区分进行优缺点比较5. 产品开发FLOW Chart6. 介质陶瓷滤波器的制造工程图7. 通信SYSTEM适用范围及适用范围的例图7-1. 通信SYSTEM适用范围7-2. 适用范围的例图(Block Diagram)8. Filter基本电路设计及Computer Simulation8-1. 理论上电路设计8-2. Computer Simulation方法及举例9. 不同种类的滤波器特性比较及滤波器使用注意事项9-1. 其它产品与滤波器的特性比较9-2. 介质滤波器的使用注意事项1. 滤波器的种类:1-1 根据性能分类A. Active 滤波器-包括与op amp.一样的能动素子, 用RC interstage, LC interstage来实现根据op amp.的不同工作范围有使用限制.B. Passive 滤波器- Lumped elements: 用不同的部品实现产品方法.- Distributed elements: 利用Transmission line, Comb-line, Inter-digital, Cavity等Field的概念实现滤波器.1-2 根据通带分类A. Low-pass 滤波器: 只通过低频率的滤波器. 将通带宽度和衰减宽度分开通宽度与衰减宽度接触点的频率称为段差频率.B. High-pass 滤波器: 只通过高频率的滤波器.C. Band-pass 滤波器: 将低频率与高频率组合后的滤波器,在通带内只通过相交那部分频率在multi-channel通信等方面需要的有效频率.D. Band-stop 滤波器: 与带通滤波器特性相反的滤波器.E. All-pass 滤波器(Delay Line) : 在任意频率段不影响衰减全部通过, 或者是为了伴随若干的延时而设计的滤波器.A.Low-Pass Filter10ωH(ω)B.High Pass FilterωH(ω)C.Band-Pass FilterωωωD.Band-Stop Filterωωω E.All-Pass FilterωH(ω)1.3 根据结构分类A. RLC FilterLow-frequency(利用数百KHz∼500MHz), 主要使用IF频率.我们称为LC FILTER或是IF FILTER.B. DSP Filter利用Digital filter通信,如能在低频使用半导体就可能chip化.目前使用的一部分特性非常灵敏.C. Active Filter使用在数百KHZ –数MHZ的频率中, 利用OP-Amp L, C等素子D. Cavity Filter利用Wave-guard , 机械加工和连接( 0.05mm程度的允许误差)基站及转发器用E. Ceramic Filter损耗减小尺寸缩小是目前RF频率段最大的长处.F. Superconductor Filter高介电常数, 用于卫星发收等目前受价格及尺寸限制使用也受到限制.G. Crystal Filter损耗减小可做特性Sharp但是在高频率段使用有难度.H. SAW Filter用音波来代替电波缩小尺寸损耗增大功率变小,缺点是开发费昂贵. 微型Pattern技术目前正在向前发展如果以后发展一直良好作为移动通信用部品它的作用应该会扩大.2. 介质陶瓷滤波器的定义:利用固有介质陶瓷成分的谐振素子使得高频频率成分选择变得容易作为module化的部品RF和Mono-Block Filter是无绳电话,手机,转发器选择所需收发信号的核心部品 .通常介质滤波器用分布定数来使用介质谐振器,具有高介电常数和低损耗,高温安全性,耐振动性,冲击性,微型化,量产化,低成本等优点.作为移动通信系统及手机的RF,IF段使用的滤波器以天线共用器(Duplexer)为首在system的RF信号处理上正广范围的使用.3. 介质陶瓷及滤波器的主要特性3-1. 介质陶瓷的主要特性A.介电常数(Permittivity-Er) : 作为非导体的重要电性能DC或是AC,就是与交流电波的特性有直接关系. 相同的电压或是流动的电流形成电磁的时候体现散开的+- moment敏感反应的程度.用E=Eo.Er来体现,介电常数没有实际意义一般用E=E r表示.跟电波的波长(λ)有密切关系对频率有很大影响并且左右着产品的尺寸和形态.高频电路设计时一个很重要的因素.没有单位.目前移动通信部品上使用的介电常数一般在4~110之间.lCfgo r==λε44(C=300,000KM/sec , Fo=MHz)B. 损耗系数(Q factor): 频率loss部分. 谐振频率的波形越灵敏品质越好 . 用1/tan表示的话,与实际信号的noise,通话距离有密切关系.特性值表示为体现纯材料的物性值Q.F与根据不同的谐振mode体现的3种值unloadQ, load Q ,Q.fo.Qu=(Fo/B.W)/1-10(-iL/20)C. 温度系数(Tf): 介质陶瓷中重要特性之一. 为了体现不同的温度下的频率及其它特性的敏感性, 为了能在热带地区或是西伯利亚地区特性一致温度系数的特性必须稳定.用下面的公式表示单位是ppm/℃.Tf = △F/Fo*1/△T3-2. 介质陶瓷滤波器的主要特性A. 通带频率 ( PASS BAND WIDTH )在Pass-band 中 Upper frequency - Lowerfrequency B. 插入损耗 ( INSERTION LOSS )在Source 和Load 之间插入电路后产生的损耗产生在device 内的conductor 接收电源的地方. Insertion loss = Dissipation loss + Reflection lossQ BW f g I L oin n=⨯=∑43431.. C. 3dB BandwidthCenter Freq.为0dB 插损基准线在中心频率-3dB 处的通带宽度.★ Filter 中 3dB 重要的理由:dB=10log 输出电压/输入电压=?用dB 实现, 假设输入电压100V 输出电压50V 的话 那么通过一些部品后输出电压就减少一半. 这个用dB 计算的话大约是-3dBD. 通带衰减特性 ( ATTENUATION )低边频率(Low Cutoff Frequency) 高边频率(High Cutoff Frequency)E. 带内波动 ( PASS BAND RIPPLE)在一定通带宽度内的最大Loss-最小Loss (dB)F. 反射损耗 ( V S W R ) = Return Loss电子波最大值与最小值之间的差异的比率和反射损耗的关系 Re log turnLoss VSWR VSWR =+-⎛⎝ ⎫⎭⎪2011G. 输入输出阻抗 ( IN/OUT IMPEDANCE)一个电路,在系统中按标准使用阻抗值. 在RF 中主要使用50欧姆和75欧姆.就是满足电源的传输性和曲线特性的中间值. 一般没有特殊规定特性阻抗就是50欧姆. 所说的阻抗交流信号的电压和电流的比就是E field 和H field 的比.在低频率段所说的电阻 的概念一般解释为负荷(load), 在高频率段는因为L 和C 相同储藏性素子要素作用增大 所以通过电阻后负荷变大. 实际上这些要依赖很多经验所以要多实践.Z= R+j ωL+(1/j ωC) Zo=√(R+j ωL)/(G+j ωC)LRP IL log 10=H. HARMONIC特性( SUPRIOUS / HARMONIC )I. 温度特性( OPERRATION TEMPERATURE )J. 尺寸( DIMENSIONS )K. 输入输出形态(N-, SMA-, SMD-TYPE)L. ISOLATIONIsolation作为一般隔离信号时使用的概念.举例像duplexr的情况,一个素子中因为发送信号频率与接收信号频率同时工作所以要将两个信号最大限度的隔离以及分开. 像这样的情况好几种信号在同一系统种,同时利用一个电路的时候各信号距离间分开的程度通常称为isolation.Isolation这个词使用范围很广,不管怎么样根据不同的使用情况,用信号分离图就能理解.信号分离图就是体现相互之间到底有多少干扰的尺度图.M. GDT(Group Delay Time)体现Filte特性指标之一,信号从Filter内部通过时产生的time delay(群延时的意思).这个就是在时间轴sine 波形稍微歪扭就像段差一样可以看得见. 这个很大程度上参照Filter的尺寸或是结构,这样发生的群延时不仅是单纯的信号反应慢的问题也可能是信号本身的曲线问题(distortion).Group delay如果较大通过通带的每个频率段差再变大, 结果可以用信号的曲线来体现.那么在Filter中将Group delay做的小很重要.dΦΦ(rad)Φ(deg)G.D=td=-----(s)=-------=--------dw w360f(Hz)N. RF HANDLING POWER.4. 相关的介质陶瓷滤波器的外观区分4-1. 根据外观区分4-2. 根据外观区分比较产品的长短处A: 容易,好B: 一般C: 难度大,不好5. R&D 新产品开发工作FLOW CHART6. 介质陶瓷滤波器的制造工程图- MF,MC,MD,MP type- AF,AD type发送B-Lot 表B-Lot 表结束, DATA 整理, 确认谢振器特性※※※原料Lot 表 特性DATA7. 通信SYSTEM适用范围7-1. 适用通信SYSTEM- 用于与下面一样system的手机,基站,转发器等.A. C D M A(Code Division Multiple Access) : cord分割方式,从美国开始, 容量是analogo的20倍, AMPS的8~10倍, GSM(TDMA)方式的4~5倍.830/875, 836/881 MHzB. G S M(Global System for Mobile/ Group Special Mobile) : 采用数字方式的TDMA方式,临近的欧洲各国的system相互用不同的方式很不方便为了改善系统1987年欧洲17个国家采用相同的规格. 用相同的系统提高upband使用DCS-1800.利用dual band电路图.中国90%左右采用.902/947.897/942 MHzC.P H S(Personal Handy-phone System):国内专门服务于步行者的city phone和类似于日本的个人移动通信TDMA 方式, 1907 MHzD.P C S(Personal Communication System) :使用数字CDMA方式,初期没有多大的发展后来发现和800Mhz移动电话没有太大的差异,只是频率较高.直线性很好但是穿越性不是很好.这个差异很小在韩国已经没有特别意义. 声音信号化技术PCS高5kbps音质提高了63%左右.最近随着加入者的增多实际上区分音质很难.高速行驶,DATA服务也差不多只是名字不一样所以可以看到移动通信市场的竞争.1755/1845,1765/1855,1775/1865 MHzE. T R S (Trunked Radio System) : 流通运输业,工地,警察通话时间被限制在一个频率中特定的范围的很多人可以同时通话,无线电中结合了移动电话的技术. 比无线电的安全性更好.813/858MHzF. D E C T , I S M: 两种system基本与家庭用的cordless phone方式相近.915,1890MHzG. W L L(Wireless Local Loop) : 在本地区设置交换器构筑手机无线网络.它的优点是网络构筑迅速,受地形及环境影响小,经济方面线路维持补修费用低廉,增建,变更容易.2315/2385MHzH. I M T-2000(International Mobile Telecommunication for the 2000): W-CDMA现在各国正在开发统一的多样的移动电话系统不管走到世界的那个地方都可以使用相同的手机.初期称为FPLMTS,利用W-CDMA方式.将来应该是移动电话system的主流.发展GSM同时也有TDMA方式的UMTS(Universal Mobile Telecommunication System).1950/2140MHzI. BLUETOOTH: 各种电子产品间的通信没有电缆利用无线频率,快速接收发送数据的系统.利用hoping spectrun(FH-SS)方式.如数码相机,打印机等. 在无线网络间可以进行声音对话.向家用电子产品,轿车,所有的电子产品扩大,2005年会达到极点. 2450MHzJ. G P S(Global Positioning System) :确认卫星位置的系统,检测运动的物体方向及位置的系统,是从军事上开始的. 利用现在的人造卫星中的4颗就可以准确的确认自己的位置.利用到达距离时间,卫星轨道的半径计算.iGPS手机已开发完毕.包括Navigation System. 1575MHz, 1616/2492MHzK. P D A(Personal Digital Assistant): 笔记本, PNS内部设置的dual band的ANT.必须开发.圆形畸形/扇形畸形的问题可视化.L. OTHERSWireless LAN (3.5GHz,5.8GHz等)Wireless CCTVRadio TransceiversMMDS (Multi-Point Multi-Channel Distribution System )各种军用无线通信SYSTEM等…….7-2. 适用范围例图- Block DiagramA. 例图1LNA BPF MixerDown ConvertingBPF(IF)LNAto DemodulationPLLBPFPA ModulationRxTxDuplexerVCOPLL ModulePrescalerB. 例图28. Filter 基本电路图设计及电脑Simulation8-1. 理论上电路设计A, 了解谐振器 :串联谐振 (Series Resonance)并联谐振 (Palallel Resonance)L C =10ωC L=10ωDR 的 Impedance 计算공식λ/4Coaxial DR Z o D o D i r=⎛⎝ ⎫⎭⎪60εl n ε=유전율Do=DR 의외경Di=DR 의내경(mm)λ/4RF 용DRZ o D o D i r =⎛⎝⎫⎭⎪601079εl n .谐振器长度计算l C f go r==λε44 mm (C=300,000KM/sec , Fo=MHz)单位长度计算Loss,A attenuation F CQr o==868.πεB. Design of Band-Pass Filter :Q 值计算公式Q F ba ab l b aO C =⎛⎝ ⎫⎭⎪+⎛⎝ ⎫⎭⎪+⎛⎝ ⎫⎭⎪4112πμσlnln孔数计算公式n F BW F F F F att dB o att o o att =--⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪⎪--coshcosh()1101101εC. EXAMPLE :Fo=850 MHz , BW=20 , Ripple=0.01 dB , IL=2.0 , 25dB at890MHzER=88 , Do=3.0 , Di=1.0 , Q=350① 计算孔数 , 4 Polen F BW F F F F att dB o att o o att =--⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪⎪--coshcosh ()1101101ε= 3.23② g 值go=1, g1=0.7128, g2=1.2, g3=1.3212, g4=0.6476, g5=1.1007③求各素子的定数值,dr 的Impedance=Zo Do Di r=⎛⎝ ⎫⎭⎪5995210787.ln .ε=7.505 ∴Y 0 =0.133J G bg g A o 011002002350104458107128==⨯⨯⨯ϖ....=8.2992X10-3G R Admi ce A O==1002(tan ).,ϖ===BWf o2085000235/., b Y =π04=0.104458,ωπ002=f =5.34X109C J J G oA 01010129210008299253410100082992002=-⎛⎝ ⎫⎭⎪=⨯-⎛⎝ ⎫⎭⎪ω....=1.7082X10-12 C J O1212=ω=0.4597X10-12 , C br =ω0=19.559X10-12J l g g bg g b g g g g o r oo 1212121231211112454763101====⨯-ϖωϖωωϖ. =2.6542X10-3l br =10ω=1.7927X10-9J l g g o r23231=ϖω=1.94955X10-3 ,J l g g o r34341=ϖω=2.6538X10-3J l g g o r45451=ϖω=2.9075X10-3C J O2323=ω=0.36X10-12 ,C J O3434=ω=0.497X10-12,C J O4545=ω=0.544X10-12C C C G e O A01010121=+⎛⎝ ⎫⎭⎪ω=1.484X10-12C C C G e O B 45454521=+⎛⎝ ⎫⎭⎪ω=0.536X10-12C 10=C r -C 01e -C 12=19.559X10-12-1.484X10-12-0.4597X10-12=17.6153X10-12C 20=C r -C 12-C 23=19.559X10-12-0.4597X10-12-0.36X10-12=18.7393X10-12C 30=C r -C 23-C 34=19.559X10-12-0.36X10-12-0.497X10-12=18.702X10-12C 40=C r -C 34-C 45e =19.559X10-12-0.497X10-12-0.536X10-12=18.526X10-12L=l r =1.7927X10-9=1.7927nHC 12=C01=1.7082X10-12 , C 23=C12=0.4597X10-12, C 34=C23=0.36X10-12 C 45=C34=0.497X10-12, C 56=C45=0.544X10-12F l C C C r 1109104101212179271012660310==⨯=⨯--ππ..=895.62MHzF l C r 22012=π=868.34MHz, F l C r 33012=π=869.21MHz, F l C r 44012=π=873.33MHz8-2. Software (自身开发tool & MWO tool) SimulationsFo=850 MHz , BW=20 , Ripple=0.01 dB , IL=2.0 , 25dB at890MHzER=88 , Do=3.0 , Di=1.0 , Q=350A.1次Pre-simulation –构思所需的谢振器数量及大致的电路图B.2次Simulation (MWO )-Att及插损值设定后得出比较准确的值-Graph特性及各定数值可调整.CAPC=ID=2.097 pFC11234COAXRHO=TAND=ER=L=Do=Di=ID=0.0028898.86 mm3 mm1 mmCX1CAPC=ID=0.6481 pFC21234COAXRHO=TAND=ER=L=Do=Di=ID=0.0028899.105 mm3 mm1 mmCX2CAPC=ID=1.176 pFC41234COAXRHO=TAND=ER=L=Do=Di=ID=0.0028898.991 mm3 mm1 mmCX4CAPC=ID=7.749 pFC51234COAXRHO=TAND=ER=L=Do=Di=ID=0.0028899.016 mm3 mm1 mmCX3CAPC=ID=0.4816 pFC3PORTZ=P=50 Ohm1PORTZ=P=50 Ohm27007508008509009501000Frequency (MHz)AF34R850S20A-80-70-60-50-40-30-20-100890 MHz -27.002 dB850 MHz -24.903 dB840 MHz -1.748 dB860 MHz -1.9812 dB850 MHz -1.4565 dBDB(|S[1,1]|)AF34R850S20A DB(|S[2,1]|)AF34R850S20A9. Filter基本电路图设计及电脑Simulation 9-1. 其它产品与Filter的特性比较。
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RS
r1
0
0
r2
[R]
0 0
0
0
0 0
0
0
m11
m12
m21
m22
[M]
rn1
0
m(n1)1 m(n1)2
0
RL
rn
mn1
mn2
m1(n1) m2(n1)
m(n1)(n1) mn(n1)
m1n
m2n
m(n1)n
mnn
低通原型和带通滤波器之间的变换
低通到带通的频率变换式为：
[T]
t(n1)1
tn1
t12 t22
t(n1)2 tn2
t1(n1) t2(n1)
t(n1)(n1) tn(n1)
t1n
t2n
t(n1)n
tnn
N腔正交耦合滤波器
端口归一化
J13
es
J01
J12
1
J23
J34
1
G1 C1 L1
G2 C2 L2
G3 C3 L3
图十、三腔正交耦合滤波器归一化等效电路模型
倪大宁，“源-负载耦合交叉耦合滤波器综合与设计”，西安电子科技大 学，硕士学位论文，2007.1
综合以后的结果
存在的问题
工作带宽有一点偏； 综合以前对带外的抑制特性不太明确； 综合产生的耦合系数在物理上能否实现不了解； 综合的结果不一定是唯一的。 因此，需要用优化方法对综合以后的结果进行
阻抗矩阵
RS
R1j1 1
jK12
jK13
Z
jK12
R2j2 2
jK23
jK13
jK23
RLR3j3 3
0.25
(Mii(w)-Mii(w0))/Mii(w0)
0.2 0.15 0.1
w0/wi=0.7 w0/wi=0.8 w0/wi=0.9 w0/wi=1.1 w0/wi=1.2 w0/wi=1.3
源与负载之间的耦合
KSL mSL
腔体的等效电容
Li
1
i
;Ci
1
i
腔体的等效阻抗
Ri
1 Q0
其中，Q 0 是腔体品质因
数。
腔体谐振频率
i 0
1miiF 2BW2m iiF 2BW
用什么表示K变换器？
K
Zin
ZL
Z0
ZL
Z = K2
l
IN
ZL
在电路中用电长度为 90度，特性阻抗值 为K的理想传输线段 表示K变换器。
其中，Q 0 是腔体品质因 数。
腔体的实际谐振频率
i 0
1miiF 2BW2m iiF 2BW
用什么表示 J 变换器？
K
Zin
ZL
Z0
ZL
Z = K2
l
IN
ZL
在电路中用电长度为 90度，特性阻抗值 为J的理想传输线段 表示J变换器。
串联谐振等效电路模型
4阶交叉耦合滤波器
中心频率：7.5GHz
+A
I_4 R=1/Qu L=L4 C=C4
E
0
Z=m01*Sqrt(bw f)
E=90deg
F=F
E
Z=m12*bw f E=90deg F=F
E
Z=m23*bw f E=90deg F=F
E
Z=m34*bw f E=90deg F=F
E
Z=m01*Sqrt(bw f)
0
E=90deg
F=F
计算结果
E
E=90deg F=F Z=1/(m01*Sqrt(bw f))
V V1
E
E=90deg F=F Z=1/(m12*bw f)
V V2
E
E=90deg F=F Z=1/(m14*bw f)
E
E=90deg F=F Z=1/(m23*bw f)
V V3
E
E=90deg F=F Z=1/(m34*bw f)
0
0.7849 0
0.8569
0
0
0 0.2167 0 0.8569 0 1.0209
0 0
0
0
0
0
串联谐振等效电路模型
电路模型
E Z=m14*bw f E=90deg F=F
+A
I_1 R=1/Qu L=L1 C=C1
+A
I_2 R=1/Qu L=L2 C=C2
+A
I_3 R=1/Qu L=L3 C=C3
Ansoft Designer中理想传输线段的特性阻抗值 可以为负值。
串联谐振等效电路模型
4阶交叉耦合滤波器
中心频率：7.5GHz
带寛：25MHz
腔体Q值：4000
反射损耗：-20dB
0 1.0209 0
0
0
0
0
0
0.8569
0
0.2167
0
0 0.8569 0 0.7849 0
M 0
1.1985
0.0225 0.1390 0 1.1985 0
旧矩阵
化简拓扑结构
Port1
K Z=1/(Ms 1*Sqrt(bwf)) P=lam ped/4
现代滤波器设计讲座（二）
广义切比雪夫滤波器的 电路仿真
电子科技大学 贾宝富 博士
大纲
前言 广义切比雪夫滤波器串联谐振电路的仿真模型 广义切比雪夫滤波器并联谐振电路的仿真模型 计算实例
源与负载直接耦合滤波器电路模型 含非谐振节点的滤波器电路模型 含高次模节点的滤波器电路模型 几种复杂结构的广义切比雪夫滤波器电路模型 源与负载为复阻抗的广义切比雪夫滤波器电路模型 多通带广义切比雪夫滤波器电路模型
源和负载与腔体之间的耦合系数
归一化耦合系数与电路参数之间的关系
腔体之间的耦合
腔体的等效电容
Jij
FBWtij
1 FBWmij
腔体与源或负载之间的耦合
Jsi
1 1; FBW msi
JLj
11 FBW mLj
源与负载之间的耦合
J SL
1 m SL
Li
1
i
;Ci
1
i
腔体的等效导纳
1 Gi Q0 ; Ri Q0
1miiF 2BW2m iiF 2BW
归一化阻抗矩阵
归一化阻抗矩阵可以写成下面的形式，
p [Z]0
0 p
00jRs0r1
0 r2
0 0
m m1211
m12 m22
m13 m23
0 0 p
0
0 RLr3 m31 m32 m33
p[I]j[R][M]
n腔正交耦合滤波器矩阵方程的一般形式
{p[I]j[R ][M ]}[i] j [e] F B W
我们先考虑一个不包括源和负载耦合三腔正交 耦合滤波器。
3腔正交耦合滤波器的电路模型
R1 Rs
es
L1
C1
K13
R3
L3
C3
RL
K12
R2
L2
C2 K23
图二、3腔正交耦合滤波器的电路模型
3腔正交耦合滤波器的电路模型
Ri
1 Qi
Li
Ci
1
i
i 1, 2,3
i 1, 2,3
K变换器的等效电路
带寛：25MHz
腔体Q值：4000
反射损耗：-20dB
0 1.0209 0
0
0
0
0
0
0.8569
0
0.2167
0
0 0.8569 0 0.7849 0
M 0
0
0.7849 0
0.8569
0
0
0 0.2167 0 0.8569 0 1.0209
0 0
0
0
0
0
串联谐振等效电路模型
电路模型
0
jK13i1
jK23i2
(RL
R3
jL3
1
jC3
)i3
0
矩阵形式的电路方程
上述方程可以写成如下的矩阵形式 ：
RS
R1j1 1
jK12
jK13
jK12
R2j2 2
jK23
jK13
RLR3jK j233 3iii132e00s
或， [Z][i][e]
其中，[ Z ] 是 3 3 的阻抗矩阵。
电路仿真的意义
电路模型反映了滤波器的拓扑结构。通过电路 模型可以建立几何结构与滤波器参数之间的联 系。
通过电路模型，可以对滤波器的拓扑结构和几 何尺寸进行优化。
可以缩短研制周期。
正交耦合滤波器的串联型等效 电路模型
正交耦合滤波器
一个谐振腔既可以用串联谐振回路表示也可以 用并联谐振回路表示。当我们使用串联谐振回 路表示谐振腔时，腔之间的耦合用K变换器表 示。当我们使用并联谐振回路表示谐振腔时， 腔之间的耦合用J变换器表示。
包括源与负载耦合的滤波器电路方程
正交耦合滤波器电路方程的一般形式
[Z][i] j [e] FBW
或
{[U ]j[R ][M ]}[i] j [e]
F B W
其中：
0 0 ... 0 0
0 ... 0 0
Rs 0 .... 0 r1 ...
0 0
0 0 0 ms1
ms1 ... msN m11 ... m1N
v3
0
或
[Y][v][i]
p [Y]0
0 p
00jGs0g1
0 g2
0 0
tt1211
t12 t22