【文章內(nèi)容簡介】 ???00100kRFBWgCFBWgRLii ????陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 48 頁 出現(xiàn)的卻是電容和電感并聯(lián)和電容和電感串聯(lián)。仔細觀察可以發(fā)現(xiàn)，在低通原型濾波器中原來的串聯(lián)電感都被帶阻濾波器中的并聯(lián)諧振回路代替了，原來低通原型濾波器中并聯(lián)電容都變成了帶阻濾波器中的串聯(lián)諧振回路。這個可以和帶通濾波器的電路結(jié)構(gòu)對比，可以明顯的看出差異，比較兩種濾波器電路結(jié)構(gòu)的不同之處，可以更加清晰的認識濾波器之間存在的聯(lián)系。 低通原型電感輸入式 轉(zhuǎn)換為實際帶阻濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 低通原型和帶阻濾波器的對應(yīng)電路 倒置變換器實際就是一個二端口網(wǎng)絡(luò)，它可以把輸出端所接的負載阻抗或?qū)Ъ{變成其倒數(shù)反應(yīng)在輸入端口上，阻抗倒置變換器與導(dǎo)納倒置變換器的框圖如圖 [5]。 （ a） （ b） 圖 倒置變換器（ a）阻抗倒置變換器 （ b）導(dǎo)納倒置變換器 圖 （ a）為阻抗倒置變換器，其輸入端阻抗 inZ 和負載阻抗 LZ 的關(guān)系為 （ ） 式中 K 為常數(shù)，稱為阻抗倒置變換器的特性阻抗。 圖 （ b）所示為導(dǎo)納倒置變換器，其輸入導(dǎo)納 inY 與負載導(dǎo)納 LY 的關(guān)系為 () 式中 J 為常數(shù)，稱為導(dǎo)納倒置變換器的特性導(dǎo)納。 由公式可以得出，電路中任意的一個串聯(lián)電感經(jīng)過導(dǎo)納倒置變換器后，在輸入端都可以看成一Lin ZKZ 2?Lin YJY 2?陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 48 頁 個并聯(lián)的電容，在任意一個并聯(lián)的電容經(jīng)過導(dǎo)納倒置變換器后，再其輸入端都可以看做一個串聯(lián)電感 [5]。就是因為這種特性，梯形電 路才可以通過加導(dǎo)納入倒置變換器來使得原本的低通原型濾波器變成一種只含有一種元件的電路，這種電路被稱為變形低通原型。變形低通原型濾波器可以有兩種類型，一種類型是將原本低通原型濾波器中的電容和電感元件變換成為只含有阻抗倒置變換器的新型變形電路，另外一種是將原來低通原型濾波器里面的電容和電感元件替換成為只含有導(dǎo)納倒置變換器的新型變換電路 [11]。 變換電路如圖 。 圖 只含有一種電抗元件的變形低通原型 低通原型參數(shù) 0g 、 1g 、 1g???? n 與變形低通原型參數(shù)之間的關(guān)系為 ， ， （ ） , , () 依據(jù)變形低通原型的不同，微波帶通濾波器也可以有兩種形式。 含有阻抗倒置變換器的帶通濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 含有阻抗倒置變換器的帶通濾波器 微波結(jié)構(gòu)的特性一般用它的電抗或?qū)Ъ{的頻率特性響應(yīng)曲線描述 [5]，用微波結(jié)構(gòu)近似實現(xiàn)集總參數(shù)電路，要求在 0? 處電抗的斜率參量必須相等，設(shè)串聯(lián)諧振器電抗參量 () 101a00 gg LRK ? )1...,1(11,1,k ?????? nkgg LLKkkkaakk11, ???nnLannn gg RLK101a001 gg GGJ ? ）（ 1...,111,1, ?????? nkgg CCJkkkaakkk11, ???nnLannn gg GCJ020 ????? ?? ddX陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 48 頁 則圖 。 圖 含有電抗斜率參量的帶通濾波器 得到的計算含有阻抗倒置變換器的微波帶通濾波器的計算公式為 () 同理，也可以得到只含 有導(dǎo)納倒置變換器的微波帶通濾波器電路結(jié)構(gòu)，與圖 ，在這個電路的結(jié)構(gòu)中只含有的是并聯(lián)諧振器，如圖 。 圖 含有導(dǎo)納倒置變換器的帶通濾波器 設(shè)并聯(lián)諧振電路的電納斜率參量 （ ） 可以得出圖 。 圖 含有電納斜率參量的帶通濾波器 11,1...1111,101001???????????nnLnnnnkkkkkkkakkggRF B WKggF B WKggF B WRKF B WL?????020 ???? ?? ddBb kk陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 48 頁 同時得到的實際計算公式為 （ ） 倒置變換器的實現(xiàn) 倒置變換器在有許多實現(xiàn)方法，其中包括均勻傳輸線、集總參數(shù)電路、平行耦合線等方法。在 這些方法中，最簡單最常用的方法就是利用電長度 （ n 為奇數(shù)）的均勻傳 輸線來實現(xiàn)。當(dāng) 1?n 時，即四分之一波長傳輸線，根據(jù)傳輸線理論，這時輸入阻抗 inZ 與負載阻抗 LZ ，輸入導(dǎo)納 inY與負載導(dǎo)納 LY 的關(guān)系為 ， （ ） 利用四分之一波長傳輸線作為倒置變換器使用時，傳輸線的阻抗就是 K ，傳輸線的特性導(dǎo)納就是 J 。 11,1...,1111,101001g???????????nnLnnnnkkkkkkkakkggGF B WJggF B WJgF B WGJF B WC?????2?? n?Lin ZKZ 2? Lin YJY 2?陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 48 頁 3 設(shè)計方案 雙頻段 微波濾波器可以同時工作在兩個不同的頻段，可以用一個雙頻段單元來處理兩個波段信號。在上一節(jié)中我們已經(jīng)介紹了利用頻率變換把低通原型轉(zhuǎn)換成低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器，雙頻帶通濾波器可以由低通原型通過兩次頻率變換來實現(xiàn)。 設(shè)計如下，圖 是一個以二階的低通原型濾波器（電感輸入式）為模型的的集總參數(shù)電路以及所對應(yīng)頻率響應(yīng)曲線。其中 0g 、 1g 、 2g 、 3g 是低通原型濾波器歸一化的電路元件值，它們由濾波器的類型、通帶波紋、阻帶衰減等濾波器的特性決定 [8][9]。 c? 是濾波器的歸一化通帶截止頻率，通常取 1， ? 是濾波器帶內(nèi)的波紋系數(shù)。 21S 是電壓傳輸系數(shù)。 圖 二階低通原型濾波器及其頻率響應(yīng)特性 根據(jù)上一節(jié)的低通原型濾波器和帶通濾波器的頻率變化原理，得到變換后帶通濾波器的電路及其傳輸特性曲線如圖 ，圖中 1c? 和 2c? 是帶通濾波器的通帶邊頻。 圖 二階帶通濾波器及其頻率響應(yīng)特性 對比圖 和圖 ，從低通原型濾波器轉(zhuǎn)換為帶通濾波器，它們的衰減特性其實并沒有什么變化，改變的只有所在的頻域。在諧振頻率 0? 處，由 1L 和 1C 組成的串聯(lián)諧振器產(chǎn)生諧振，電路發(fā)生短路，輸入功率可以沒有損耗的通過； 2L 和 2C 組成的并聯(lián)諧振器產(chǎn)生諧振，電路變?yōu)殚_路，中心頻率出的信號無法通過，全部無損耗傳輸?shù)捷敵龅呢撦d，在理想條件下，中心頻率處沒有任何的衰減，從而生成了以 0? 為中心的無損耗傳輸通帶。通過一定的方法對信號源內(nèi)阻進行反歸一化處理，最終得到 1L 、 2L 、 1C 、 2C 的值為： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 48 頁 ， ， ， （ ） 為了從單頻特性變?yōu)殡p頻特性，以圖 ，對變換后的 帶通濾波器進行二次的頻率變換，得到新的頻率變換關(guān)系 [10]： （ ） 其中 210 ??? ? ，是第一次頻率后變換得到的中心角的角頻率。 1? 和 2? 分別是在第二次頻率變換后得到的第一個通頻帶和第二個通頻帶的中心角的角頻率。 設(shè) 0FBW 為第一次頻率變換后得到的帶通濾波器的相對帶寬， 1FBW 和 2FBW 分別是第二次頻率變換后得到的兩個通帶的相對帶寬。對于一般的窄帶濾波器，通常有計算公式 ， ， （ ） 經(jīng)過兩次頻率變換以后，得到的新的電路原理圖及其傳輸特性曲線如圖 所示，比較圖 圖與 ，發(fā)現(xiàn)電路中的電感被串聯(lián) LC 取代，電路中的電容被并聯(lián) LC 取代，在衰減特性保持不變的條件下，傳輸特性由原來的單頻段轉(zhuǎn)傳輸特性換為雙頻段傳輸特性，諧 振頻率分別為 1? 和 2? 。 圖 二階雙頻帶通濾波器及其頻率響應(yīng)特性 圖 （ ） （ ） （ ） （ ） 00011 ?FBWRgL ? 20111?LC ?02002 g ?RFBWL ? 20221?LC ?）（）（ ?????? ??????? ?? 0012 202112 0 ???211221 ?? ?? ???? FBWFBWFBW111 ????FBW222 ????FBW)(g 120 0111 ?? ?? FBW RL 202111 1?LC ?200 012112 )(g ???FBW RL ?? 202112 1?LC ?202 012021 g )( ? ?? RFBWL ? 202121 1?LC ?)(g 122 0022 ?? ?? RFB WL 202222 1?LC ?陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 48 頁 電路變換 根據(jù)以上的電路原理圖可以看出，經(jīng)過二次頻率變換以后得到的新的雙頻帶通濾波器的集總參數(shù)電路較為復(fù)雜，電路中不但有串聯(lián)支路，還有并聯(lián)支路，而且串聯(lián)支路中又有并聯(lián)諧振器，在并聯(lián)支路中又有串聯(lián)諧振器。對于這種復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)對微波濾波器來說，實現(xiàn)起來有一定的困難，尤其是利用微帶線的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)就更為困難了 [5]。對于這種情況，需要將電路中的復(fù)雜電路轉(zhuǎn)換成單一電路來簡化電路結(jié)構(gòu)，對于電路結(jié)構(gòu)的簡化，已經(jīng)在上一節(jié)做了介紹，所以需要引入導(dǎo)納倒置變換器來實現(xiàn)。如圖 。 圖 串聯(lián) 支路轉(zhuǎn)換為并聯(lián)支路 圖 （ a）所示的導(dǎo)納為