微波射频滤波器分类及性能指标

2019-07-12 16:40:19 来源:CNTR
标签:

微波滤波器的传输线的种类进行了分类,并按照这种分类方法对各种微波滤波器的性能指标、设计方法进行了详细的介绍。

 
随着现代微波通信,尤其是卫星通信和移动通信的发展,系统对通道的选择性越来越高,这对微波滤波器的设计提出了更高的要求,而微波滤波器作为通信系统中的重要部分,其性能的优劣往往决定了整个通信系统的质量。因此研究微波滤波器的性能指标和设计方法具有重要意义。
 
微波滤波器是一类无耗的二端口网络,广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中,在系统中用来控制信号的频率响应,使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器,而阻断无用信号频率分量的传输。滤波器的主要技术指标有:中心频率,通带带宽,带内插损,带外抑制,通带波纹等。
 
微波滤波器的分类方法很多,根据通频带的不同,微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波器;按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型;根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器;按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等。本文是按照传输线的分类来对各种微波滤波器的主要特性进行详尽的分析。
 
一、微带滤波器
主要性能指标:
 
● 频率范围:500MHz~6GHz
 
● 带宽:10%~30%
 
● 插入损耗:5dB(随带宽不同而不同)
 
● 输入输出形式:SMA、N、L16等
 
● 输入输出驻波:1.8:1
 
微带滤波器主要包括平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、微带类椭圆函数滤波器。
 
半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。其结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。其缺点为插损较大,同时,谐振器在一个方向依次摆开,造成滤波器在一个方向上占用了较大空间。如图1所示:
 
图1 平行耦合微带线滤波器结构示意图
 
和平行耦合线滤波器结构相比,发夹型滤波器具有紧凑的电路结构,减小了滤波器占用的空间,容易集成,并且降低了成本。在电路尺寸有较严格要求的场合发夹型滤波器得到了较为广泛的应用。
 
发夹型滤波器是由发夹型谐振器并排排列耦合而成,是半波长耦合微带滤波器的一种变形结构,是将半波长耦合谐振器折合成U字型构成的,因此与交指式、梳状线式等其他微波滤波器结构相比,其电路结构更加紧凑,具有体积小,微带线终端开路无需过孔接地,易于制造等优点。发夹型滤波器耦合拓扑结构属于交叉耦合,交叉耦合实质是从信号源到负载端有不止一条耦合路径,包括主耦合路径和相对较弱的辅耦合路径,任意两谐振器之间都可以产生耦合。相对于级联耦合,交叉耦合的最大优点是能够在通带附近的有限频率处产生传输零点,因而滤波器的带外抑制能力将获得极大提高,使用交叉耦合的谐振器滤波器比普通级联型的滤波器具有更好的频率选择性,同时可以减少所需谐振器的数目。
 
发夹型滤波器参数包括:发夹臂长、发夹间距、发夹线宽和和抽头位置。
 
平行耦合线滤波器、交指型滤波器等,获得在带内较平坦的幅频特性,但带外抑制特性较差。微带类椭圆函数滤波器,通过在带外引入衰减极点,能明显改善滤波器的带外特性,比平行耦合线滤波器、交指型滤波器有更好的电特性。并且微带类椭圆函数滤波器具有较小的体积,同时,在超导状态,由于导体薄膜的无载Q值很高,该种滤波器将在具有较高选择性的同时又具有较低的插损,具有很好的应用前景。
 
二、交指型滤波器
交指滤波器Q值较高、体积适中。在0.5~18GHz的频率范围内可实现5%~60%带通滤波,广泛应用于各种军、民用电子产品。交指滤波器一般由金属整体切割加工而成,结构牢固,性能稳定可靠。
 
主要性能指标:
 
● 频率范围:800MHz~16GHz
 
● 带宽:10%~100%,特殊要求3%~70%
 
● 插入损耗:0.5~2dB(随带宽不同而不同)
 
● 阻带抑制:近端过渡带决定于滤波器节数,远端一般大于70dB
 
● 寄生通带:﹥2.5×f0
 
● 输入/输出阻抗:50Ω
 
● 输入/输出驻波:VSWR≤1.7:1(特别要求时可≤1.5:1)
 
● 通过功率:5W(特别要求时可达100W)
 
● 温度:-55~+85℃
 
● 输入输出形式:SMA、N、L16等
 
交指型滤波器是对平行耦合微带线滤波器的一种改进,同样是减小微带滤波器占用的体积。具有以下优点:结构紧凑、可靠性高; 由于每个谐振器间的间隔较大,故公差要求较低,容易制造;由于谐振杆长近似等于1/4λ0,所以第二通带中心在3ω0以上,其间不会有寄生响应。
 
由于交指滤波器既可以做成印刷电路形式,又可以做成腔体结构,用较粗的杆做成自行支撑,而不用介质。因此,交指滤波器在电子系统,尤其是在通信技术及近代航空航天领域中被广泛使用。
 
交指型微带带通滤波器的工作原理可以这样解释:将平行藕合微带滤波器相邻的两个藕合线节从中点处切断,并折迭起来,合并为一根藕合线节,将其一端短路接地,另一端开路,并保持相邻两级线节之间的藕合间隙不变,形成交指型结构。如图2所示
 
图2 交指滤波器结构示意图
 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
5G已来,中国电信与高通举办天翼智博会,开幕即签约4000万部5G终端

2019年被称为“5G商用元年”,随着时间向前推进,5G也逐步在多个行业开花结果。

蜂窝网络将成第一大连接技术,多家企业已用高通5G方案打造IoT模组

最近一段时间,随着多款5G手机相继进入市场,5G商用的氛围越来越浓,引起了广大消费者的关注。另一方面,在手机之外的其它领域,中国5G商用的序幕早已开启,并且落地应用的步点正变得更加密集。

高通5G基带多个系列平台集成,普惠5G手机大众消费者

5G作为现阶段最炙手可热的新科技,5G基带、5G解决方案等话题也不再高冷,而成了茶余饭后的谈资。5G可以说它的能量已经涉及到各行各业,无论是远程医疗、汽车行业,还是智慧城市、智能工厂,5G无不渗透其中。不过对于普通消费者来说最为关注的还是智能手机,这也是5G商用得以推广的最重要、也是最普遍的平台。

高通X50终端陆续推出 5G基带还要向中端产品下沉

从2019年6月开始,我国5G商用的大门正式开启,不少搭载高通X50 5G基带的手机已经上市销售。不过正如当年4G网络的普及一样,5G的推进依然需要一个过程,只有等到5G手机普及数量达到一定程度以后,才能反过来促进整个5G产业链的成熟,而5G产业链的成熟又会催生更多的5G终端,这才是5G时代的良性循环,是5G本来应有的样子。

高通打入零售业,芯片巨头怎么玩?

与非网9月19日讯,抓娃娃机、饮料机、自助收银机……这些已经在生活中被年轻人熟练玩耍的物品被不同的厂家集体现身在了本周中国联通与高通的新零售研讨会上,这些设备正是得益于高通的SoC与芯片才能在近年迅速在人们生活中普及。

更多资讯
如何设计和验证TRL校准件,TRL校准应如何操作?
如何设计和验证TRL校准件,TRL校准应如何操作?

我们大家都知道传统的SOLT校准,即短路-开路-负载-直通校准,SOLT校准操作方便,测量准确度跟标准件的精度有很大关系,一般只适合于同轴环境测量。而TRL(Thru, Reflect, Line)校准是准确度比SOLT校准更高的校准方式,尤其适合于非同轴环境测量,例如PCB上表贴器件,波导,夹具,片上晶圆测量。

智能手机要求越来越高,射频前端将被洗牌?

与非网9月18日讯,近两年来,半导体行业、电子制造业的市场份额不断向头部企业聚敛,部分中小客户流失,芯片分销商普遍遭遇了行业洗牌、利润率下滑的局面。

第一代5G手机的射频设计是什么样的?未来会有哪些变革?
第一代5G手机的射频设计是什么样的?未来会有哪些变革?

5G智能手机的市场反应能力在这一个新的无线技术的转型初期是前所未有的,与之前的4G LTE演进不同,更多的手机厂商会第一时间将新设备提供给客户

带两个RMS检测器的集成双向桥,用于测量RF功率和回波损耗

定向耦合器用于检测RF功率,应用广泛,可以出现在信号链中的多个位置。本文探讨ADI公司的新器件ADL5920,其将基于宽带定向耦合器与两个RMS响应检测器集成在一个5 mm×5 mm表贴封装中。

SOI 产业联盟上海论坛期间颁奖

SOI产业联盟( SOI微电子完整价值链的领先行业组织)今日宣布了半导体行业的两位杰出获奖者,分别是来自村田制作所(Murata)旗下pSemi公司的董事长兼首席技术官Jim Cable和中芯集成电路(宁波)有限公司的首席执行官兼总经理Herb Huang(黄河)