L并C型低通濾波器電路原型。
[0074] 圖3為并C串L型低通濾波器電路原型。
[0075] 圖4為切比雪夫的響應波形。
[0076] 圖5為同軸線縱切面圖。
[0077] 圖6為高低阻抗段同軸線等效電路圖。
[0078] 圖7為同軸線橫切面。
[0079] 圖8 (a)為輸入頻率為IOOHz時切比雪夫濾波器的輸出曲線圖。
[0080] 圖8 (b)為輸入頻率為IkHz時切比雪夫濾波器的輸出曲線圖。
[0081] 圖8 (c)為輸入頻率為5kHz時切比雪夫濾波器的輸出曲線圖。
[0082] 圖8 (d)為輸入頻率為IOkHz時切比雪夫濾波器的輸出曲線圖。
[0083] 圖8 (e)為輸入頻率為15kHz時切比雪夫濾波器的輸出曲線圖。
[0084] 圖8 (f)為輸入頻率為27kHz時切比雪夫濾波器的輸出曲線圖。
[0085] 圖9為2220~2290MHz集中參數(shù)濾波器原理圖。
[0086] 圖10為切比雪夫濾波器的插入損耗。
[0087] 圖11為切比雪夫濾波器的通帶波紋。
[0088] 圖12為切比雪夫濾波器的輸入輸出端口駐波系數(shù)。
【具體實施方式】
[0089] 下面結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0090] 本設計采用電磁仿真軟件ADS，基于切比雪夫阻抗變換網(wǎng)絡技術，通過網(wǎng)絡綜合法 對模型進行了仿真，設計一款2220~2290MHz集中參數(shù)濾波器。
[0091] 1.設計指標要求
[0092] 表1 2220~2290MHz集中參數(shù)濾波器設計要求
[0094] 2.設計說明及仿真原理圖
[0095] 本設計為通帶頻率為2220~2290MHz，阻帶截止頻率分別為2180MHz和2330MHz 的集中參數(shù)帶通濾波器，采用了基于切比雪夫類型濾波器的設計結構，通過ADS的調(diào)諧仿 真功能得出最佳的元器件值。其具體的仿真原理如圖9所示。圖中RU R2是切比雪夫濾 波器輸入輸出端的阻抗匹配電阻，LU L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9是切比雪夫濾波器中電 感，CU C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9是切比雪夫濾波器中電容。仿真時信號源接在Rl與 Ll的連接點，示波器接在R2與C9的連接點。
[0096] 仿真結果及分析
[0097] 仿真結果主要包括濾波器的插入損耗、通帶波紋和各端口的駐波比等。其詳細仿 真結果如圖10、11、12所示。圖10中ml為通帶開始頻率，m2為通帶截止頻率，m3為阻帶截 止頻率，m4為阻帶開始頻率。圖11中ml為通帶波紋最大值所處位置。圖12中切比雪夫 濾波器駐波比最大值所處位置。
[0098] 結果分析：
[0099] (1)從仿真結果可以看出插入損耗、通帶波紋、駐波比都較好的諧振到頻帶內(nèi)；
[0100] (2)通帶波紋都在0. 03dB以下，平坦度很好，較好的滿足的指標要求；
[0101] (3)駐波比在整個通帶內(nèi)也都滿足了設計指標要求，說明電路匹配的較好，沒有過 多的反射波存在。
[0102] 3.綜合仿真設計結果
[0103] 表2 2220~2290MHz集中參數(shù)濾波器仿真結果
[0105] 4.結論
[0106] 本設計在既定的指標下，采用了基于切比雪夫阻抗變換網(wǎng)絡技術，對通帶頻率為 2220~2290MHz，阻帶截止頻率分別為2180MHz和2330MHz的集中參數(shù)帶通濾波器進行了 設計，并通過ADS完成了仿真。仿真結果表明，整個通帶內(nèi)的波紋系數(shù)、VSWR和阻帶衰減都 很好的滿足了設計要求。
[0107] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而己，并不限制于本發(fā)明，對于本領域的技術 人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種基于切比雪夫阻抗變換網(wǎng)絡技術的濾波器設計，其特征在于：包括W下步驟： (1) 給定所要設計濾波器的通帶和阻帶插入衰減數(shù)值，并且根據(jù)相應的技術公式、圖 表、參數(shù)得出低通濾波器的元件數(shù)目N和歸一化元件數(shù)值； (2) 根據(jù)濾波器的截止頻率和信號源內(nèi)阻，選擇梯形網(wǎng)絡的結構形式（電容輸入式或 電感輸入式），計算出各元件的真實值； (3) 計算、選定傳輸線段的高、低阻抗的特性阻抗值，并計算各段傳輸線的橫向尺寸； (4) 根據(jù)濾波器的實際元件數(shù)值計算各高、低阻抗線段的長度； 切比雪夫濾波器具有睹峭的通帶一阻帶過度特性，但是其通帶特性的睹峭程度與帶內(nèi) 波紋相關；按照上述的設計步驟對低通濾波器進行具體的設計： (1)計算濾波器元件數(shù)目和歸一化元件數(shù)值 給定的切比雪夫低通濾波器技術指標參數(shù)如下所示： 特性阻抗：Ζη(Ω); 3地的截止頻率弔化Ζ); 阻帶頻率屯化Ζ); 通帶波紋峰值：La^地）； 阻帶衰減量：La(地） 元件個數(shù)的計算公式為CD 式中^ = 2心4，η為濾波器元件個數(shù)，取最接近的較大奇整數(shù)；因為η越大，阻帶衰減曲 線越睹，也就是說濾波器的選擇性越好；而η多采用奇整數(shù)是因為切比雪夫低通原型在偶 數(shù)級時，其輸入與輸出阻抗不等； 則原型濾波器中集總參數(shù)歸一化值為C2) 式中，擁，gi，…執(zhí)…g。，gw康示電路中集總參數(shù)歸一化后的數(shù)值，k-1,2,3,，熱，泣二1，受，3.，：(2)選擇梯形網(wǎng)絡結構形式，并計算各元件真實值 梯形網(wǎng)絡結構分為串L并C型或并C串L型，因此首先確定切比雪夫原型濾波器的梯 形網(wǎng)絡結構形式，再計算實際的電感電容值； 由特性阻抗值Z。和歸一化元件值g。，得到梯形電路中各元件真實值為： (a)串L并C型式中擁，gl，…執(zhí)…拓η，拓nW表示電路中各個元件的數(shù)值，Lk表示梯形電路中電感元件 的真實值，Ck表示梯形電路中電容元件的真實值；而在實際應用中，把低通濾波器原型的元 件數(shù)值對gO做歸一化處理，頻率對ω' 1歸一化處理，即g。= 1，ω' 1= 1 ;且運樣的歸 一化類型易變換成其他阻抗水平和頻率標準的濾波器，變換公式如下：如圖4所示是切比雪夫低通濾波器的衰減特性，其數(shù)學表達式為：式中是通帶波紋峰值，La是阻帶衰減量，用來表示濾波器的振幅特性；ω' 1是通帶 邊緣上衰減為La,時的頻率，即通帶邊緣截止頻率，也就是說0~ω' 1為通帶，ω'iW上 為阻帶；η是電路的電抗元件數(shù)目，且當η為偶數(shù)時，響應內(nèi)L&f=ο的頻率有個；當η為 奇數(shù)時，La= 0,頻率有^個；R。表示單位長度電阻，R。'表示歸一化后的單位長度電阻，G 表示電導，G'表示歸一化后的電腦，G。表示單位長度電導，G。表示歸一化后的單位長度電 導，L'表示歸一化后的電感，C'表示歸一化后的電容，ω表示輸入頻率，ω'表示輸出頻 率. (3) 計算各高、低阻抗線的直徑 微波電路采用電磁波傳輸信號，因此受分布參數(shù)元件影響較大；切比雪夫微波低通濾 波器設計的微波實現(xiàn)，即用一段高阻抗線實現(xiàn)串連電感，一段低阻抗線實現(xiàn)并聯(lián)電容；相鄰 兩段內(nèi)徑不同的同軸線的連接處為階梯形，該處電磁場分布將會發(fā)生變化；就同等阻抗而 言，外導體階梯比內(nèi)導體階梯的邊緣電容要小，故采用內(nèi)導體階梯邊緣電容來表示其對相 關參數(shù)的影響。但等效電路是當頻率低于第一個高低模的截止頻率時才成立； 有邊緣電容式中，ai為高阻抗段同軸線內(nèi)導體直徑，曰2為低阻抗段同軸線內(nèi)導體直 徑，b為同軸線外導體直徑；ε= 8. 85X10I2; 設同軸線的內(nèi)導體的外徑為d，外導體的內(nèi)徑為D，兩導體之間填充介質(zhì)的相對介電常 數(shù)為相對導磁率為μ,(通常μ^= 1)，忽略同軸線損耗，則其特性阻抗為：(13) 因此給定特性阻抗Ζ。內(nèi)導體外徑dW及外導體內(nèi)徑D即可由式（11)、式（13)求解出 各段高、低阻抗線的直徑； (4) 計算各高、低阻抗線的長度 同軸線單位長度上的電感L'和電容C'分別：式中Vp為波傳輸?shù)南嗨俣龋? 從而得到：對應電感L的同軸線段長度：(16) 對應電容c的同軸線長度：(Λ?) 式中Z"h為高特性阻抗，Z。1為低特性阻抗； 然后檢驗各高低阻抗線的長度是否滿足關系式
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于切比雪夫阻抗變換網(wǎng)絡技術的濾波器，其步驟為：給定所要設計濾波器的通帶和阻帶插入衰減數(shù)值，并且根據(jù)相應的技術公式、圖表、參數(shù)得出低通濾波器的元件數(shù)目N和歸一化元件數(shù)值。根據(jù)濾波器的截止頻率和信號源內(nèi)阻，選擇梯形網(wǎng)絡的結構形式(電容輸入式或電感輸入式)，計算出各元件的真實值。計算、選定傳輸線段的高、低阻抗的特性阻抗值，并計算各段傳輸線的橫向尺寸。根據(jù)濾波器的實際元件數(shù)值計算各高、低阻抗線段的長度。本發(fā)明具有結構尺寸小、易于加工制作，易于和元件匹配等優(yōu)點。具有良好的線性，并且參數(shù)可調(diào)，最后給出了計算機仿真結果。本發(fā)明綜合設計的微波濾波器不僅所需要的元件最少。
【IPC分類】H01P1/202, H01P1/203
【公開號】CN105244572
【申請?zhí)枴緾N201510712781
【發(fā)明人】湯艦
【申請人】中國電子科技集團公司第十四研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月28日