第6章射频滤波器的设计.ppt

第6章射频滤波器的设计
滤波器的类型

用插入损耗法设计低通滤波器原型

滤波器的变换

短截线滤波器的实现

阶梯阻抗低通滤波器

耦合微带线滤波器

－ωc/ω代替低通滤波器原型中的ω，ωc为高通滤波器的截止频率，即
低通滤波器原型到高通滤波器的频率变换
3. 低通滤波器原型变换为带通和带阻滤波器
低通滤波器原型也能变换到带通和带阻滤波器响应的情形。
，(a)为低通滤波器原型响应；(b)为带通滤波器响应；(c)为带阻滤波器响应。
低通滤波器原型变换到带通和带阻的频率变换
用ω1和ω2表示带通滤波器通带的边界，将低通滤波器原型变换为带通滤波器，需要用下面的频率变换关系
从低通滤波器原型到低通、高通、带通和带阻滤波器的变换
短截线滤波器的实现
前面讨论的滤波器是由集总元件电感和电容构成，当频率不高时，集总元件滤波器工作良好。
但当频率高于500Mz时，滤波器通常由分布参数元件构成，这是由于两个原因造成的，其一是频率高时电感和电容应选的元件值过小，由于寄生参数的影响，如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元件。
其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近，滤波器元件之间的距离不可忽视，需要考虑分布参数效应。
本节讨论采用短截线方法，将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器，其中理查德（Richards）变换用于将集总元件变换为传输线段，科洛达（Kuroda）规则可以将各滤波器元件分隔。
理查德变换
通过理查德变换，可以将集总元件的电感和电容用一段终端短路或终端开路的传输线等效。
终端短路和终端开路传输线的输入阻抗具有纯电抗性，利用传输线的这一特性，可以实现集总元件到分布参数元件的变换。
科洛达规则
科洛达规则是利用附加的传输线段，得到在实际上更容易实现的滤波器。例如，利用科洛达规则既可以将串联短截线变换为并联短截线，又可以将短截线在物理上分开。
附加的传输线段称为单位元件。下面讨论单位元件的构成和科洛达规则。
1. 单位元件
单位元件是一段传输线，当f=f0时这段传输线长为λ/8。
将单位元件视为2端口网络，利用式（）的结论，可以得到单位元件的ABCD矩阵为
式中ZUE为单位元件的特性阻抗。
2. 科洛达规则
科洛达规则包含4个恒等关系，，表中的电感和电容分别代表短路和开路短截线。
4个科洛达规则
滤波器设计举例
利用理查德变换和科洛达规则，可以实现低通和带阻滤波器，


在设计低通滤波器时，将集总元件转换为分布参数元件采用了λ0/8长传输线，但这种转换方式不能用于带阻滤波器的设计。
带阻滤波器对应于电路的串联和并联连接方式，在中心频率点必须有最大和最小阻抗，若采用前面定义的λ0/8理查德变换，在中心频率点f=f0处将遇到困难，因为此时理查德变换中的正切函数为1而不是最大值。





阶梯阻抗低通滤波器
前面利用理查德变换和科洛达规则，用短截线实现了分布参数滤波器。实际上分布参数滤波器的种类很多，本节讨论的阶梯阻抗低通滤波器也是采用分布参数构成的。
阶梯阻抗低通滤波器是一种结构简洁的电路，其由很高和很低特性阻抗的传输线段交替排列而成，结构紧凑，便于设计和实现。
短传输线段的近似等效电路
为得到短传输线段的近似等效电路，需要讨论一段传输线的网络参量和集总元件T形网络的网络参量，通过这2种网络参量的对比，可以得到短传输线段与集总元件电感和电容的等效关系。
T形网络与一段传输线相的等效
滤波器设计举例

耦合微带线滤波器
本节介绍由平行耦合微带传输线构成的滤波器。当2个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称为耦合传输线。
平行耦合微带传输线通常由靠得很近的3个导体构成（），这种结构介质