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现代微波滤波器读书笔记.doc

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：6.63M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    第一章 微波滤波器的地位、发展和选用 1.1 概述 本章的目的是： （1）对微波滤波器提供一个纲要性的介绍，以便从品种繁多、性能各异的微波滤波器 选用所需的结构和设计方法。 （2）简要地讨论微波滤波器的在微波工程中的地位、发展和应用，以使读者明确，本 书的对象不仅是微波滤波器的研制人员，而且可能为更广大的读者服务，例如需要宽频带天 线馈电设备的天线研制人员；需要宽频带阻抗匹配装置的微波电子器件的研制人员；需要微 波时延网络的总体工程技术人员，以及其他特殊微波电路设计的广大工程技术人员等等。 1.2 微波滤波器的进展 这里只对近年来的主要进展和发展趋势作一简单的概括。 （1）从个别应用到一般应用 随着微波理论和技术的发展，微波波段中电子设备的增多、频谱的拥挤，加之电子对抗 技术的普遍应用，促使微波滤波器在应用的广度和深度上都进展极大。 （2）设计方法从繁到简、从粗糙到精确 （3）形式多样和元件化、标准化 由于应用广泛和设计制造工艺的进展，微波滤波器已从极少的几个品种发展到数以十记 的结构类型。一些常用的结构已元件化和标准化。印刷电路式或微波集成电路式的微波滤波 器亦开始广泛研制。 （4）与其他有源或无源的微博元件和器件的结合日益密切 现在，微波滤波器已成为无源微波元件的主角之一，它不仅能完成本身的任务，而且还 代替其他一些微波元件的功能，或者把另外一些微波元件看成微波滤波器结构来设计。 半导体器件工艺飞跃进步及其向更高频的发展，已使得微波滤波器技术也用于各种半导 体器件中，例如倍频器、变频器、放大器以及二极管相移器、开关和调制器等等，在微波集 成电路中它们结合成一个整体。 （5）各种新型材料用于微波滤波器 微波材料的进步及其在微波滤波器中的应用，大大地提高了滤波器的性能。例如微波铁 氧体、铁电体、等离子体、超导体都已开始成功地用于微波滤波器中。 （6）调谐的高速和自动化 众所周知，当初微波单腔谐振器的调谐已相当困难，更不用说多个谐振器组合成的滤波 器了。但现在已可对微波滤波器进行快速电调，例如钇铁石榴石磁调滤波器和变容管电调滤 波器就是最好的范例。 （7）向新波段进军 人们对毫米波和亚毫米波滤波器的兴趣正在日益增长，研制这一新波段的滤波器除发展 厘米波波段已有的技术外，还广泛引用光学上的成果。可以预料，随着新型功率源和传输线 的研制，这些新波段滤波器的研制工作将更加活跃。 1.3 微波滤波器的流程图
    补充说明： （1）区别于低频滤波器，微波滤波器的主要特点之一就是其尺寸可与波长相比拟。因而当 波长变化时，它必然表现出周期特性，即滤波器除主响应外，还有周期性的副响应。因此， 其第二个附加响应的位置常是一个十分重要的指标。 （2）描述微波滤波器响应优劣的指标之一是从通带过渡到阻带的快慢，称之为响应的“边 缘陡度”或滤波器的“选择性”。 （3）在分析微波滤波器时，常忽略其谐振器的损耗，但事实上谐振器的 Q 值是有限的。无 载 Q 值越高，对于一定的相对带宽，该滤波器通带的插入衰减就越小，因此无载 Q 值也是 选用滤波器时应当注意的问题。 1.4 常用微波滤波器的比较 （1）直接耦合或 1/4 波长耦合谐振器滤波器 这是一种端耦合滤波器，它适用于同轴线、带状线、波导各种形式。其设计方法有而， 一是基于集总元件低通原型，另一是基于阶梯阻抗变换器原型。前法适用于较小的相对带宽 （＜20%）和中等通带纹波的窄带带通滤波器的设计，而后法则适用于较大的相对带宽（＞ 20%乃至倍频程）和较小的通带纹波（例如 0.01dB）的宽带带通或高通滤波器的设计。实用 中，同轴线高通滤波器以这种结构最为流行。在波导带通滤波器中，它是最简单应用最广而 性能又相当优良的形式。显然，当做成同轴线或带状线形式时，需要介质支撑。 （2）平行耦合式带通滤波器 当谐振器不用端耦合，而用边耦合时，则较大的不太精确的间隙是可行的，从而制造容 易。有开路耦合线和短路耦合线两种对偶形式。较少用于宽带，窄带应用广泛，用印刷电路 的开路平行耦合线形式却非常方便。然而，其阻带特性并不十分理想。 （3）交指型带通滤波器 其结构紧凑、坚实，性能优良，制造公差要求低，有适用于各种带宽的结构和设计方法， 故应用极广。有终端短路和终端开路两种基本形式，前者适于窄带，后者适于宽带，既可做 成印刷薄带形式，又可做成圆杆或矩形杆自撑式，还可用人为地电容加载来减小体积。
    （4）梳妆线带通滤波器 这是一种结构更为紧凑的滤波器。在许多方面，它与电容加载的交指型滤波器很相似， 但它所有的电容都加在同一边。谐振器长度取决于加载电容的大小，通常为 1/8 波长。其衰 减特性不对称，故适于需要宽阻带应用的场所。现用的设计方法只适于窄带设计。 （5）带阻滤波器 波导型的带阻滤波器只适于窄带，而ＴＥＭ带阻滤波器则有适于各种带宽的优良结构。 （６）椭圆函数型滤波器 在各种滤波器响应中，椭圆函数响应是最为优越的，因为，这种类型的滤波器通带和阻 带均为等波纹特性，陡度较大，因此同样的选择性，它可以有更为紧凑的结构。 １.５用滤波器来分离和叠加信号 滤波器结构最直接最基本的应用当然是抑制不需要的信号频率，而使需要的信号频率顺 利传输。 实用中常把几个滤波器组合成双工器或多工器，以分离或叠加信号。图１.５.２为一个 三信道多工器示意图，它能将２－４千ＭＨｚ的信号分到三个信道中，为了使输入端电压驻 波比很低，必须专门设计各信道滤波器和特殊的接头匹配网络。反之，如果将图中信号流的 方向反过来，就可以使三个信道的信号叠加在一起。显然，如果不用多工器而直接将各分信 道用简单的传输线接头来叠加，则由于反射和泄露，将造成很大的能量损耗。 １.６阻抗匹配网络和耦合结构 为了使信号源和负载间无反射传输，需要恰当设计阻抗匹配网络和耦合网络。可以证明， 有效的宽频带阻抗匹配网络和耦合结构必须是滤波器结构。 １.７时延网络和慢波结构 有时需要使微波能量延迟若干时间，用一段微波传输线当然可达到此目的，但不方便， 若利用微波滤波器的时延特性，则可顺利地达到此目的。
    ２.１概述 第二章 现代微波滤波器的设计基础 滤波器特性可用其频率响应来描述，按其特性不同，可分成低通滤波器、高通滤波器、 带通滤波器、带阻滤波器。 ２.２滤波器的转移函数和衰减 滤波器设计的最终目的，是根据给定的传输特性要求，用一个网络来实现。表征滤波器 传输特性的方法有很多，这里主要讨论综合滤波器时最有用的几个函数，即转移函数和工作 衰减，以及与它们有关的物理量。 （１）电压转移函数和传输函数 （２）功率转移函数与插入衰减 （３）反射系数、电压驻波比与衰减的关系
    ２.３滤波器的影象参数 影象参数是广泛应用在滤波器设计和阻抗匹配网络中的一种网络参数，是网络的影象阻 抗和影象传输函数的总称。 影象阻抗的定义：当一个无源线性四端网络的输出端接上某一阻抗 I2Z ，则从网络输入 端向网络看去的输入阻抗就等于 I1Z ；如果把阻抗 I1Z 接在网络的输入端，而由网络的输出 端向网络看去的输入阻抗就等于 I2Z 。如图所示，则在此网络两端互成影象关系的阻抗 I1Z 和 I2Z 称为“网络的影象阻抗”。 “影象传输函数”的定义是：在四段网络两端接以相应的影象阻抗的工作条件下，它的 输入端复功率与输出端复功率之比的自然对数之半，称为四端网络的“影象传输函数”。 影象参数与一般电路参数以及开路阻抗和短路导纳间的关系：
    ２.４归一化低通原型滤波器 ２.５最平坦低通原型滤波器 ２.６切比雪夫低通原型滤波器 ２.７双终端低通原型滤波器的对称性 所有最平坦低通原型和奇数个元件的切比雪夫低通原型都是对称的。 ２.８只有一种电抗元件的低通原型滤波器 （１）阻抗变换器和导纳变换器
    （２）只有一种电抗元件的低通原型 图２.８－２（ａ）是由阻抗变换器Ｋ和串联电感所构成的低通原型，图２.８－２（ｂ） 是由导纳变换器Ｊ和并联电容所构成的低通原型，两者互为对偶。
    ２.９椭圆函数低通原型滤波器 椭圆函数低通原型滤波器的通带和阻带都具有切比雪夫纹波，它的参数须用椭圆函数来 进行计算，故称为“椭圆函数滤波器”。 ２.１０低通原型滤波器的时延特性 （１）滤波器时延特性的一般概念 滤 波 器 的 电 压 转 移 函 数 a E/E L 的 相 位 ， 称 为 “ 滤 波 器 的 传 输 相 位 ”， 即 此滤波器上在任一频率上的相位延迟是 而其群延迟是 （２）最平坦时间延迟原型滤波器 （３）几种原型滤波器群延迟特性的比较
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