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
高通5G芯片进度落后,骁龙855 plus只是应急之作

近日高通突然发布了一款特别的芯片骁龙855 plus,让人可惜的是这并非是一款5G手机SOC芯片,而仅仅是在骁龙855基础上提升性能的芯片,在5G已商用之际推出的这款芯片非但没能提升高通的影响力,反而凸显出它在5G芯片研发上已落后于竞争对手。

5G是循序渐进的过程,产业合作贯穿始终

上个月我国5G牌照发放之后,5G相关产品、技术的发展得到了越来越多的关注。

高通反垄断案件第二弹,原因竟是十多年前的恩怨?

过去多年中,美国手机芯片和电信专利巨头高通公司,曾经在欧盟等诸多国家地区遭到反垄断调查和罚款,罚款总额大约为80亿美元。

高通再次面临反垄断罚款?原因是十多年前的事情

对于高通来说,其特有的专利模式,让他们很容易成为被重罚的对象,事实上他们也确实因为专利压制了不少终端厂商。

诺基亚 7.2 曝光:浴霸摄像头火了?
诺基亚 7.2 曝光:浴霸摄像头火了?

诺基亚7.2渲染图曝光,采用“浴霸三摄”,与之前曝光相符。

更多资讯
氮化镓在射频领域的优势盘点

氮化镓是一种二元III/V族直接带隙半导体晶体,也是一般照明LED和蓝光播放器最常使用的材料。另外,氮化镓还被用于射频放大器和功率电子器件。氮化镓是非常坚硬的材料;其原子的化学键是高度离子化的氮化镓化学键,该化学键产生的能隙达到3.4 电子伏特。

分布异构的物联网,RFID中间件成关键

RFID中间件是物联网软件系统中的关键和灵魂,为解决分布异构问题,人们提出了中间件的概念。中间件是位于平台(硬件和操作系统)和应用之间的通用服务,这些服务具有标准的程序接口和协议。

射频模块类产品,ESD抗扰度应当如何考虑?
射频模块类产品,ESD抗扰度应当如何考虑?

硬件工程师在设计产品时,ESD抗扰度是一个重要的考虑指标。静电对于大部分电子产品来说都存在危害,射频模块对静电更加敏感。那么针对射频模块类产品,ESD抗扰度应当如何考虑和设计呢?

有源部分射频调试经验谈
有源部分射频调试经验谈

射频产品设计,在经历前期的器件选型,原理图绘制,LAYOUT相关阻抗控制等一系列工作后,当第一版样机出来之后,射频指标的调试,也是整个射频产品开发中比较重要的一个环节。

紫光展锐携手是德科技共同推进5G毫米波终端关键技术验证

北京,中国 –2019年7月17日– 紫光集团旗下紫光展锐,全球领先的移动通信及物联网核心芯片供应商之一,今日宣布采用紫光展锐5G毫米波终端原型样机和KEYSIGHT TECHNOLOGIES N9040B UXA信号分析仪,完成了26GHz 频段5G毫米波关键功能和性能的测试。