微波腔体滤波器的原理与测量

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1、微波腔体滤波器的原理与测量一、实验目的1．在了解滤波器的基础上了解腔体滤波器的工作原理；2．了解腔体滤波器的电路模型；3．了解腔体滤波器的设计方法。二、实验原理滤波器的功能主要是选择需要的应用频率范围，滤除带外杂波，按滤波器的功能分有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器，而按滤波器频响特性的形状分为：最大平坦型、切比雪夫型，椭圆函数型。按结构实现角度又分为：腔体滤波器、梳状滤波器、交指滤波器、介质滤波器。腔体滤波器由谐振腔、调谐螺钉等组成，与其他性质的滤波器比较，结构牢固，性能稳定可靠，体积小，Q值适中，高端寄生通带较远而且

2、散热性能好，可用于较大功率和频率。主要运用于各大通信基站的前端滤波，滤除带外强干扰信号。对于微波腔体滤波器的设计，以下两种设计模型可供选择。（一）负阻线模型GustavoL.R.[1]采用一个电流控制电流源(CCCS)和一个电压控制电压源(VCVS)构造了如图20-1所示的网络n，通过合理设置其参数，使其ABCD矩阵近似为：第⑨页共222页　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图20-1负阻线子网络利用该负阻线子网络将3个TEM耦合线（如图20-2）化为两对双耦合线（如图20-3）。相邻

3、传输线的耦合系数保持不变，忽略非相邻耦合线1，3之间的耦合，而与两个负阻线子网络n相连的一段独立传输线的特性阻抗和电长度与传输线2-2′一致。　　　　　　　　图20-23个TEM耦合线　　　图20-3两对双耦合线的连接（二）　滤波器电路模型通常同轴腔带通滤波器中心导体长度选择约为，(为通带中心频率对应的波长)特性阻抗为75Ω[2，3]，接入点位置离短路面高度为（图20-4）。利用负阻线模型，将六腔分解为(1，2)、（2，3）、（3，4）、（4，5）、（5，6）五对耦合腔。用5第⑨页共222页　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

4、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　对理想耦合线表示，其单线特性阻抗为75Ω，考虑到实际腔体中存在损耗，将传输线损耗设为0.3，耦合线对的奇偶模阻抗分别为(，)、(，)、(，)、(，)、(，)，输入输出线阻抗为，构造电路模型如图20-4所示。图20-4同轴滤波器示意图一对互相耦合的同轴腔之间的耦合系数可以用其奇偶模特性阻抗表示为：奇偶模特性阻抗与特性阻抗之间的关系为：ZeZo=Z2c因此：k=Z2e-Z2c/Z2e+Z2c在AgilentADS中，建立如图20-5所示的电路模型，将各腔体的奇偶模阻抗(，)、(，)、(，)、(，)

5、、(，)，输入输出线阻抗和引线位置以及各腔的加载电容，，，，，作为优化参数。设立优化目标使通2400±50MHz内，，带外抑制>35dB(=2300MHz，=2500MHz)。主要优化结果见表20-1，此时滤波器电路响应如图20-6所示。第⑨页共222页　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图20-5滤波器电路模型表20-1电路优化结构78.6371.540.04777.5272.560.03377.4072.670.031577.5272.560.03378.6571.540.047第

6、⑨页共222页　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图20-6　滤波器电路模拟响应关键参数指标及其含义：1.插入损耗(InsertionLoss)：设若在信号源与负载端之间不加滤波电路，应当可在负载端取得一定的输出值。但是将滤波电路加入后，在负载端的输出信号值，即使是在通带区内，也会比原本的输出低，二者的差异即为介入损耗。因为电抗性组件中包含了电阻，它是产生介入耗损的主要来源。2.通带涟波(PassbandRipple)：用以量测通带区内的平坦度者，定义为在通带区内最大衰减值与最小衰减值

7、之差。不同的电路结构如切比雪夫和巴特渥斯等架构，会产生有不同的涟波值。3.通带频宽(PassbandWidth)：简称为频宽(Bandwidth)，一般都以3dB点为截止频率来界定。图7-2所示为两端3dB点之间的频率范围()。4.型态因子(ShapeFactor)：用以量测在通带区以外，与截止区相交接处的衰减程度，其表示滤波电路通带区两侧的陡削度。定义为衰减60dB处的频宽()，与3dB衰减处的频宽()的比值。型态因子SF为：第⑨页共222页　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　5.最

8、终衰减(UltimateAttenuation)：是为滤波电路在截止区内的最大衰减。由于电子组件的特性不尽理想，实际的滤波电路，都无法提供最大的截止区衰减>100dB，一般约在50至70dB而已。6.品质因素(Quali