板线交叉指状带通滤波器的设计毕业论文(编辑修改稿)

板线交叉指状带通滤波器的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

滤波器是针对航天部某工程接收系统的要求设计完成的．系统不仅要求调谐频率的范围宽，调谐速度高，而且在调谐频率的范围内滤波器的响应形状要保持不变，又由于滤波器工作在微波高频段，所以实现起来难度很大。 现在应有广泛的是 YIG小球磁调滤波器。 其无载 Q值很高，可达 10000，它的铁磁谐振频率可用电控偏置磁场 H。 的大小，在倍频程以上的频率范围 内实现电调，然而它的电调谐速度受到磁滞效就的影响，难以提高．为了满足调谐速度高这个要求，采用变容管电调谐技术，电调变容管 PN结的耗尽层电容随外加偏压而变化，不存在磁滞，此外电调变容管的反向漏电流小，几乎没有功耗。 高温超导微波带通滤波器 微波带通滤波器是一种应用很广泛的微波器，以往使用的常温导体微波器件体积大、成本高，噪声随频率升高很快，这对卫星通讯等多级放大的远距离通信来说影响比较大，热噪声会引起信号畸变，经多级放大和远距离通信后，失真加 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 38 页 重，信号传输的准确性下降，影响接收效果。 高温超导材料具有极高的无载 Q值和理想的微波特，用这种材料制成的器件微波性能很好，具有很低的插入损耗及带内衰减，并且有非常陡的平移特性，这样可以充分利用信号频带，增加互不干扰的信道数量，并能避免信号传输失真。 超导滤波器不仅带内衰减低，而且相位延时和色散特性也大为改善，所以具有诱人的发展前景。 目前对高温超导滤波器的研制开发结果表明它具有很大的应用潜力。 随着高温超导研究的进一步发展，高温超导材料可以替代以往的常规材料，制成低损耗、高 Q值、体积小的元件。 选择带通滤波作为研究对象，在结构上，采用平 行耦合标准微带结构。 作为对器件的进一步改善，对平行耦合悬置微带结构也进行了设计考虑。 多层陶瓷微波滤波器 滤波器是一种用来抑制噪声，使信号通过的电子元器件。 它广泛应用于通信系统、电力系统和家电系统等领域。 工作于低频段的无源滤波器可以采用分立元件来实现，当工作频率超过 GHz时，由于工作波长与滤波器元件的物理尺寸可相比拟，若仍采用分立元件来实现，就会因为存在多方面的损耗而使电路性能严重恶化，所以此时的滤波器必须采用分布参数元件来实现。 随着信息产业的发展，尤其是通信行业的发展，对于小体积、高性能和 低成本的工作于 GHz， GHz， GHz， GHz等射频、微波频率范围内的滤波器的需求量大大增加。 多层陶瓷微波滤波器由于具有体积小、重量轻和性能好等诸多优势，在通信系统、家电系统等领域受到了越来越多的重视。 目前，在多层陶瓷微波滤波器的研究、开发和应用中，美国、日本等少数国家掌握了比较成熟的技术，而我国虽然已经引进了一些国外的生产设备，但仍处于试验、探索阶段，无法进行大规模的批量生产，尤其在理论研究和具体设计方面，很少涉及。 6 滤波器设计的第一步 对于每一种滤波器，设计的第一步就 是：根据给定的插入衰减一频率响应的要求，确定：滤波器低频等效梯形网络中应该用几个元件（亦即 n等于几）。 每一个元件 110 ,......, nggg 或 110 ,......,  nggg 归一化数值应为多少。 因为滤波器的下一步设计，将直接和 110 ,......, nggg 及 110 ,......,  nggg 发生关系。 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 38 页 具体步骤如下： ⑴确定滤波器在低通、高通、带通、带阻等四种形式中选哪一中形式。 并且根据不同的滤波器及其特点，选定滤波器的结构形式。 ⑵根据对滤波器插 入衰减及相位的要求，确定滤波器的插入衰减和频率的关系取为最大平滑式还是切比雪夫式。 一般情况下均取切比雪夫式。 因其阻带内插入衰减上升快。 换句话说，在满足同样的阻带要求的情况下，此种滤波器中需要使用的元件的数目少，因而便于制造和调整。 只有在对滤波器相位 —— 频率关系的非线性度有较高的要求时，才考虑是否取最大平滑式。 但即使是这样，在其通带内的相位 —— 频率关系也不完全是线性的。 ⑶根据对滤波器插入衰减 —— 频率响应的要求，确定滤波器等效梯形网络中必须应用的元件数目 n等于几。 ① 因为已知需阻止的频率 阻w 之数值，对于该中形式滤波器，算出它相应的相对频率 阻 之数值。 ② 根据算得的的 阻 值以及要求的 阻L 值利用特性曲线，当取定通带内最大的插入衰减值 通L 时，就可以定出：为在 阻 处达到 阻L （ db）值，滤波器低频等效梯形网络中必须的元件数目 n。 若 n非整数，则可取下一个较大整数。 通带内的衰减 通L 是由设计者自己根据要求选定的。 ⑷根据滤波器插入衰减 —— 频率响应的函数形式（是切比雪夫式或最大平坦式），取定的通带内插入衰减值 通L ，以及滤波器低频等效梯形网络中元件的数目n,查表得到滤波器效梯形网络中各元件 110 ,......, nggg 的数值。 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 38 页 7 板线交叉指状带通滤波器的设计 7． 1 板线交叉指状带通滤波器的设计的简单原理 板线交叉指状带通滤波器的的结构如图 9 所示。 其中如手指状伸在两快平行盖板中间的金属条（编号由 1→ n），其长度为 l（近于λ。 /4），是λ /4 谐振器。 对于中等带宽以内的交叉指状带通滤波器，编号为 0 及（ n＋ 1）的两条金属条不是谐振器而是输入、输出线。 它们各自有一端和输入、输出同轴线的内导体相联。 金属条 —— 简称“指” —— 的厚度均为 t，而板线上、下盖板之间的距离为 b。 两个侧壁间的距离 L取λ。 /4（λ。 为滤波器通带中心频率对应之波长）。 此种结构的滤波器，在电性能上相当于一组位于两块金属盖板之间 的爬行耦合线，如图 10 所示。 其截面如图 11所示。 它适合于设计通带宽度在 30％以内的带通滤波器。 当宽度进一步加大时，此种形式的滤波器在制造上将难以实现。 在图 11 中， Ck(k=0， 1， 2，„„ n+1)称为每一个指的“自电容”，Ck,k+1(k=0,1,„„ n)称为指之间的“互电容”， Wk(k=0， 1， 2，„„ n+1)称为每个指的“宽度”， SK,K+1(k=0,1,„„ n)称为“指间距”。 设计时主要的任务是根据对滤波器的要求，计算出各个指的宽度 Wk，以及指间距离 Sk,k+1。 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 38 页 图 9 交叉指状带通滤波器 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 38 页 图 10 交叉指状带通滤波器 图 11 金属盖板之间的一组平行耦合线 7． 2 板线交叉指状带通滤波器的设计方法 对于此滤波器有： 相对频率  =  。 W2 w。 = 2 21 ww W = 2 12 ww 1w ， 2w 为通带的两个边界频率 确定 n， g。 ， 1g …… ng ， 1ng 的数值 根据对滤波器的要求，确定出滤波器低频等效梯形网络中必须使用的元件数目（即为本滤波器中谐振器的数目），以及各元件 g。 ， 1g „„ ng ， 1ng 的数 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 38 页 目。 计算滤波器通带内的有功损耗，看是否超过允许值 滤波器通带中心频率处的有功损耗为： 有功L = niu gQW 1 1 （ db） 式中 W = 2 12 ww uQ ：为每个谐振腔的无载 Q 值 uQ。 n : 滤波器低频等效梯形网络中元件的数目。 1g ：滤波器低频 等效梯形网络中元件的数值。 利用曲线查指的“宽度” kW 和“指间距” Sk,k+1 的方法： 设计通带宽度 W 在 1％ —— 10％之间，且以空气为介质的板线交叉指状带通滤波器，其各指的宽度 kW 和“指间距” Sk,k+1可以查曲线（附录图 1— 图 8）而得。 曲线是对以下几种情况作出的。 ①带宽 W ：由 1％ —— 10％ ② n:分别为 3， 4， 5， 6， 7， 8 ③对最大平坦式滤波器， 通L =3（ db） 对切比雪夫式滤波器， 通L =,(db) 曲线的使用方法如下：曲线上的尺寸是对应于板线尺寸为 b=8,t= 的，如果板线尺寸虽不同，但 t/b 仍为 ，则此时 kW 和 Sk,k+1可以按下法求得： 若对于： b=8,t=(t/b=)查得： Wk(k=0， 1， 2，„„ n+1)及 SK,K+1(k=0,1,„„n) 则对于： b=b ， t=t (t /b =)有： kW = bbWK = 8b。