【文章內容簡介】 濾波器是針對航天部某工程接收系統(tǒng)的要求設計完成的．系統(tǒng)不僅要求調諧頻率的范圍寬，調諧速度高，而且在調諧頻率的范圍內濾波器的響應形狀要保持不變，又由于濾波器工作在微波高頻段，所以實現(xiàn)起來難度很大。 現(xiàn)在應有廣泛的是 YIG小球磁調濾波器。其無載 Q值很高，可達 10000，它的鐵磁諧振頻率可用電控偏置磁場 H。的大小，在倍頻程以上的頻率范圍 內實現(xiàn)電調，然而它的電調諧速度受到磁滯效就的影響，難以提高．為了滿足調諧速度高這個要求，采用變容管電調諧技術，電調變容管 PN結的耗盡層電容隨外加偏壓而變化，不存在磁滯，此外電調變容管的反向漏電流小，幾乎沒有功耗。 高溫超導微波帶通濾波器 微波帶通濾波器是一種應用很廣泛的微波器，以往使用的常溫導體微波器件體積大、成本高，噪聲隨頻率升高很快，這對衛(wèi)星通訊等多級放大的遠距離通信來說影響比較大，熱噪聲會引起信號畸變，經多級放大和遠距離通信后，失真加 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 12 頁 共 38 頁 重，信號傳輸的準確性下降，影響接收效果。 高溫超導材料具有極高的無載 Q值和理想的微波特，用這種材料制成的器件微波性能很好，具有很低的插入損耗及帶內衰減，并且有非常陡的平移特性，這樣可以充分利用信號頻帶，增加互不干擾的信道數量，并能避免信號傳輸失真。超導濾波器不僅帶內衰減低，而且相位延時和色散特性也大為改善，所以具有誘人的發(fā)展前景。目前對高溫超導濾波器的研制開發(fā)結果表明它具有很大的應用潛力。 隨著高溫超導研究的進一步發(fā)展，高溫超導材料可以替代以往的常規(guī)材料，制成低損耗、高 Q值、體積小的元件。選擇帶通濾波作為研究對象，在結構上，采用平 行耦合標準微帶結構。作為對器件的進一步改善，對平行耦合懸置微帶結構也進行了設計考慮。 多層陶瓷微波濾波器 濾波器是一種用來抑制噪聲，使信號通過的電子元器件。它廣泛應用于通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和家電系統(tǒng)等領域。工作于低頻段的無源濾波器可以采用分立元件來實現(xiàn)，當工作頻率超過 GHz時，由于工作波長與濾波器元件的物理尺寸可相比擬，若仍采用分立元件來實現(xiàn)，就會因為存在多方面的損耗而使電路性能嚴重惡化，所以此時的濾波器必須采用分布參數元件來實現(xiàn)。隨著信息產業(yè)的發(fā)展，尤其是通信行業(yè)的發(fā)展，對于小體積、高性能和 低成本的工作于 GHz， GHz， GHz， GHz等射頻、微波頻率范圍內的濾波器的需求量大大增加。多層陶瓷微波濾波器由于具有體積小、重量輕和性能好等諸多優(yōu)勢，在通信系統(tǒng)、家電系統(tǒng)等領域受到了越來越多的重視。目前，在多層陶瓷微波濾波器的研究、開發(fā)和應用中，美國、日本等少數國家掌握了比較成熟的技術，而我國雖然已經引進了一些國外的生產設備，但仍處于試驗、探索階段，無法進行大規(guī)模的批量生產，尤其在理論研究和具體設計方面，很少涉及。 6 濾波器設計的第一步 對于每一種濾波器，設計的第一步就 是：根據給定的插入衰減一頻率響應的要求，確定：濾波器低頻等效梯形網絡中應該用幾個元件（亦即 n等于幾）？每一個元件 110 ,......, ?nggg 或 110 ,......, ???? nggg 歸一化數值應為多少？因為濾波器的下一步設計，將直接和 110 ,......, ?nggg 及 110 ,......, ???? nggg 發(fā)生關系。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 13 頁 共 38 頁 具體步驟如下： ⑴確定濾波器在低通、高通、帶通、帶阻等四種形式中選哪一中形式？并且根據不同的濾波器及其特點，選定濾波器的結構形式。 ⑵根據對濾波器插 入衰減及相位的要求，確定濾波器的插入衰減和頻率的關系取為最大平滑式還是切比雪夫式。 一般情況下均取切比雪夫式。因其阻帶內插入衰減上升快。換句話說，在滿足同樣的阻帶要求的情況下，此種濾波器中需要使用的元件的數目少，因而便于制造和調整。 只有在對濾波器相位 —— 頻率關系的非線性度有較高的要求時，才考慮是否取最大平滑式。但即使是這樣，在其通帶內的相位 —— 頻率關系也不完全是線性的。 ⑶根據對濾波器插入衰減 —— 頻率響應的要求，確定濾波器等效梯形網絡中必須應用的元件數目 n等于幾。 ① 因為已知需阻止的頻率 阻w 之數值，對于該中形式濾波器，算出它相應的相對頻率 阻? 之數值。 ② 根據算得的的 阻? 值以及要求的 阻L 值利用特性曲線，當取定通帶內最大的插入衰減值 通L 時，就可以定出：為在 阻? 處達到 阻L （ db）值，濾波器低頻等效梯形網絡中必須的元件數目 n。若 n非整數，則可取下一個較大整數。通帶內的衰減 通L 是由設計者自己根據要求選定的。 ⑷根據濾波器插入衰減 —— 頻率響應的函數形式（是切比雪夫式或最大平坦式），取定的通帶內插入衰減值 通L ，以及濾波器低頻等效梯形網絡中元件的數目n,查表得到濾波器效梯形網絡中各元件 110 ,......, ?nggg 的數值。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 14 頁 共 38 頁 7 板線交叉指狀帶通濾波器的設計 7． 1 板線交叉指狀帶通濾波器的設計的簡單原理 板線交叉指狀帶通濾波器的的結構如圖 9 所示。其中如手指狀伸在兩快平行蓋板中間的金屬條（編號由 1→ n），其長度為 l（近于λ。 /4），是λ /4 諧振器。對于中等帶寬以內的交叉指狀帶通濾波器，編號為 0 及（ n＋ 1）的兩條金屬條不是諧振器而是輸入、輸出線。它們各自有一端和輸入、輸出同軸線的內導體相聯(lián)。 金屬條 —— 簡稱“指” —— 的厚度均為 t，而板線上、下蓋板之間的距離為 b。兩個側壁間的距離 L取λ。 /4（λ。為濾波器通帶中心頻率對應之波長）。 此種結構的濾波器，在電性能上相當于一組位于兩塊金屬蓋板之間 的爬行耦合線，如圖 10 所示。其截面如圖 11所示。它適合于設計通帶寬度在 30％以內的帶通濾波器。當寬度進一步加大時，此種形式的濾波器在制造上將難以實現(xiàn)。 在圖 11 中， Ck(k=0， 1， 2，?? n+1)稱為每一個指的“自電容”，Ck,k+1(k=0,1,?? n)稱為指之間的“互電容”， Wk(k=0， 1， 2，?? n+1)稱為每個指的“寬度”， SK,K+1(k=0,1,?? n)稱為“指間距”。 設計時主要的任務是根據對濾波器的要求，計算出各個指的寬度 Wk，以及指間距離 Sk,k+1。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 共 38 頁 圖 9 交叉指狀帶通濾波器 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 38 頁 圖 10 交叉指狀帶通濾波器 圖 11 金屬蓋板之間的一組平行耦合線 7． 2 板線交叉指狀帶通濾波器的設計方法 對于此濾波器有： 相對頻率 ? = ??????? ?? 。 。W2 w。 = 2 21 ww? W = 2 12 ww? 1w ， 2w 為通帶的兩個邊界頻率 確定 n， g。， 1g …… ng ， 1?ng 的數值 根據對濾波器的要求，確定出濾波器低頻等效梯形網絡中必須使用的元件數目（即為本濾波器中諧振器的數目），以及各元件 g。， 1g ?? ng ， 1?ng 的數 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 共 38 頁 目 。 計算濾波器通帶內的有功損耗，看是否超過允許值 濾波器通帶中心頻率處的有功損耗為： 有功L = ?????niu gQW 1 1 （ db） 式中 W = 2 12 ww? uQ ：為每個諧振腔的無載 Q 值 uQ 。 n : 濾波器低頻等效梯形網絡中元件的數目。 1g ：濾波器低頻 等效梯形網絡中元件的數值。 利用曲線查指的“寬度” kW 和“指間距” Sk,k+1 的方法： 設計通帶寬度 W 在 1％ —— 10％之間，且以空氣為介質的板線交叉指狀帶通濾波器，其各指的寬度 kW 和“指間距” Sk,k+1可以查曲線（附錄圖 1— 圖 8）而得。曲線是對以下幾種情況作出的。 ①帶寬 W ：由 1％ —— 10％ ② n:分別為 3， 4， 5， 6， 7， 8 ③對最大平坦式濾波器， 通L =3（ db） 對切比雪夫式濾波器， 通L =,(db) 曲線的使用方法如下：曲線上的尺寸是對應于板線尺寸為 b=8,t= 的，如果板線尺寸雖不同，但 t/b 仍為 ，則此時 kW 和 Sk,k+1可以按下法求得： 若對于： b=8,t=(t/b=)查得： Wk(k=0， 1， 2，?? n+1)及 SK,K+1(k=0,1,??n) 則對于： b=b? ， t=t? (t? /b? =)有： ?kW = bbWK ??= 8b