腔体滤波器设计.ppt

腔体滤波器的分析与设计 边登峰 Dengfeng_bian@ Outline 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 QA 腔体滤波器的设计流程 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 确定电路模型及拓扑结构 通过平面电路设计得到归一化耦合矩阵Mii及输入输出阻抗特性(使用工具为TouchStone或Cleod) 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 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值（使用工具为CST) 将计算出的K值同Mii相结合准确计算出谐振器间的窗口大小（使用工具为CST) 出设计图纸并调试，优化设计并作最终记录 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。 梳状线滤波器结构示意图 电路原理图 场分布 电场分布：越靠近腔体顶部越强 磁场分布：越靠近腔体底部越强 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。 决定谐振频率的因素 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/er^0.5)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b/a约为3以实现Q值最优 基本概念 1. 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：dB，dBm，dBc 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。 dBm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。 dBc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. 标准史密斯圆图(Smith Chart) Q值分析与测试 Q值分析示意图 为什么我们用铝腔和铜管并且腔体要镀银呢？这对产品的Q值有什么影响呢？ Q值同单腔的体积和表面积有关 体积越大则单腔储存的电磁能越大，表面积越小则单腔的损耗就越小，Q值就越大，反之Q越小。 Q值对设计的启发：谐振铜管之间的耦合窗口尽量开大，这样单腔的表面积会减少，单腔体积也会无形中有所增加 Q值分析 (1/QL) = (1/Qu) + (1/Qe) QL: 有载Q值（实际测试的值） Qu: 无载Q值（最终需要的值，这是腔体的固有性质） Qe: 外部Q值（实际存在的外部耦合产生的值） 我们实际测试单谐振腔的Q值 1.除了要测试的谐振频率之外，不能 有其他频率成分 2.测试时仪器频宽设置不要过大 3.外部耦合不能过大或过小，否则测不出真实的Q值 当Qe= Qu时， Qu= 2QL QL= f0 / △f3dB Qu= 2f0 / △f3dB 用史密斯圆图帮助分析 Q值测试曲线一 Q值测试曲线二 交叉耦合的功能和使用 如果滤波器有N个谐振器，则可以最多产生N－2个传输零