腔体滤波器设计解析课件.ppt
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- 关 键 词:
- 滤波器 设计 解析 课件
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1、腔体滤波器的分析与设计腔体滤波器的分析与设计边登峰边登峰Dengfeng_bianallrizon-2005-3-27Allrizon Communication CorpOutline腔体滤波器的设计流程腔体滤波器的设计相关的基本理论Q值分析和测试交叉耦合的功能和使用温度对产品的影响EDA设计工具的使用Q&A2005-3-27Allrizon Communication Corp腔体滤波器的设计流程腔体滤波器的设计流程n分析客户指标,结合机械结构初步确定谐振级数和Q值及零点个数n确定电路模型及拓扑结构n通过平面电路设计得到归一化耦合矩阵通过平面电路设计得到归一化耦合矩阵MiiMii及输入输出
2、阻抗特性及输入输出阻抗特性(使用工具为使用工具为TouchStoneTouchStone或或CleodCleod)n机械结构设计验证上述电气指标设计特别是拓扑结构的可行性,最终确定谐振级数和Q值n利用双腔本征模三维模型确定谐振铜管尺寸并计算耦合系数利用双腔本征模三维模型确定谐振铜管尺寸并计算耦合系数K K值值(使用工具为(使用工具为CST)CST)n将计算出的将计算出的K K值同值同MiiMii相结合准确计算出谐振器间的窗口大小(使相结合准确计算出谐振器间的窗口大小(使用工具为用工具为CST)CST)n出设计图纸并调试,优化设计并作最终记录出设计图纸并调试,优化设计并作最终记录2005-3-2
3、7Allrizon Communication Corp腔体滤波器的基本理论腔体滤波器的基本理论电路模型电路模型2005-3-27Allrizon Communication Corp 耦合谐振滤波器最基本的耦合结构耦合谐振滤波器最基本的耦合结构 馈源只与一个谐振器耦合,负载端仅与一个谐振器耦合,且中间只有一条耦合路径即主路径,各级谐振器之间逐级耦合。2005-3-27Allrizon Communication Corp梳状线滤波器结构示意图梳状线滤波器结构示意图注意:接地良好与否直接影响性能!注意:接地良好与否直接影响性能!2005-3-27Allrizon Communication C
4、orp电路原理图电路原理图2005-3-27Allrizon Communication Corp场分布场分布2005-3-27Allrizon Communication Corp电场分布电场分布:越靠近腔体顶部越强磁场分布磁场分布:越靠近腔体底部越强总体来讲总体来讲:谐振器间以磁耦合为主,窗口开得越大,调节螺钉深得越靠近底部则耦合越大,反之耦合越小。在仿真计算中,TouchStone中的Mii和CST中的K值都是表征谐振器间的耦合系数,也是我们在仿真计算过程中遇到的最主要的参数,它直接影响我们最终的机械设计和产品性能。2005-3-27Allrizon Communication Corp
5、决定谐振频率的因素决定谐振频率的因素 LCf/102005-3-27Allrizon Communication Corp1.谐振频率同波长成反比。频率越高单腔尺寸越小,频谐振频率同波长成反比。频率越高单腔尺寸越小,频 率率越低单腔尺寸越大越低单腔尺寸越大2.L同谐振杆的尺寸密切相关。谐振杆越长越细,同谐振杆的尺寸密切相关。谐振杆越长越细,L越大,越大,频率越低;谐振杆越短越粗,频率越低;谐振杆越短越粗,L越小,频率越高越小,频率越高3.C可用谐振杆与盖板的间隙大小和谐振杆的法兰盘大小来可用谐振杆与盖板的间隙大小和谐振杆的法兰盘大小来反映。法兰盘越大间隙越小则反映。法兰盘越大间隙越小则C越大,
6、频率越低;反之则越大,频率越低;反之则C越小,频率越高越小,频率越高2005-3-27Allrizon Communication Corp谐振器间的耦合是由平行耦合线间的边缘场得到在无集总电容C的情况下,谐振线应是1/4波长(中心频率),此时该结构是无通带的全阻带结构通常谐振在大约1/8波长或更短以减少滤波器的尺寸谐振器可用矩形杆或圆杆,方腔圆杆的阻抗计算公式:Z=(60/er0.5)ln(1.0787b/a)er:相对介电常数 b:方腔的边长 a:谐振杆的直径 通常通常b/a约为约为3以实现以实现Q值最优值最优2005-3-27Allrizon Communication Corp基本概念
7、基本概念1.窄带滤波器的相对带宽窄带滤波器的相对带宽:BW=(f2-f1)/f0 f1,f2分别是通带的起止频率 f0是通带中心频率 窄带滤波器的相对带宽一般在20%以下2.几个概念的辨析几个概念的辨析:dB,dBm,dBc2005-3-27Allrizon Communication Corp 概念辨析概念辨析dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)例 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是说,甲的功率比乙的功率大3 dB。2005-3-27Allrizon Communica
8、tion CorpdBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。例1 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。例2 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。2005-3-27Allrizon Communication CorpdBc也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与载波功率的相对值,如用来度量干扰(如互调干扰、交调干扰等)以及耦合、杂散
9、等的相对量值。如通带插损为1dB,带外隔离为91dB,则隔离度为90dBc.2005-3-27Allrizon Communication CorpMeasuring S-ParametersS11=ReflectedIncident=b1a1a2=0S21=TransmittedIncident=b2a1a2=0S22=ReflectedIncident=b2a2a1=0S12=TransmittedIncident=b1a2a1=0IncidentTransmittedS21S11Reflectedb1a1b2Z0Loada2=0DUTForwardIncidentTransmittedS
10、12S22Reflectedb2a2ba1=0DUTZ0LoadReverse12005-3-27Allrizon Communication CorpS-Parameters with Common Measurement TermsS11=forward reflection coefficient(input match)S22=reverse reflection coefficient(output match)S21=forward transmission coefficient(gain or loss)S12=reverse transmission coefficient(
11、isolation)Remember,S-parameters are inherently complex,linear quantities-however,we often express them in a log-magnitude format2005-3-27Allrizon Communication CorpLightwave Analogy to RF Energy RFIncidentReflectedTransmitted LightwaveDUT2005-3-27Allrizon Communication CorpHigh-Frequency Device Char
12、acterizationTransmittedIncidentTRANSMISSIONGain/LossS-ParametersS21,S12GroupDelayTransmissionCoefficientInsertion PhaseReflectedIncidentREFLECTIONSWRS-ParametersS11,S22ReflectionCoefficientImpedance,Admittance R+jX,G+jB ReturnLoss G,rT,tIncidentReflectedTransmittedRBAAR=BR=2005-3-27Allrizon Communic
13、ation CorpTransmission Line Terminated with Zo For reflection,a transmission line terminated in Zo behaves like an infinitely long transmission lineZs=ZoZoVrefl=0!(all the incident power is absorbed in the load)VincZo=characteristic impedance of transmission line2005-3-27Allrizon Communication CorpT
14、ransmission Line Terminated with Short,Open Zs=ZoVreflVincFor reflection,a transmission line terminated in a short or open reflects all power back to sourceIn-phase(0o)for open,out-of-phase(180o)for short2005-3-27Allrizon Communication CorpReflection Parameters dBNo reflection(ZL=Zo)r rRLVSWR01Full
15、reflection(ZL=open,short)0 dB1=ZL-ZOZL+OZReflection Coefficient=VreflectedVincident=rFG=rGReturn loss=-20 log(r),Voltage Standing Wave RatioVSWR =EmaxEmin=1+r1-rEmaxEmin2005-3-27Allrizon Communication CorpTransmission ParametersVTransmittedVIncidentTransmission Coefficient =T=VTransmittedVIncident=t
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