微波光子学讲义滤波器
微波滤波器
121. 滤波器简介2.滤波器的典型结构2.1 低通滤波器(Low Pass Filter)摘要：本文介绍了广播电视发射系统中常用的低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器以及带阻滤波器的基本原理、典型结构及性能指标。
Abstract: Basic theory and typical structures of low pass filter, high pass filter,band pass filter and band stop filter are presented in this paper, the main specifications of these filters are introduced.射频滤波器是用来分离不同频率射频信号的一种器件。
它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，而只让需要的信号通过。
在广播电视发射天馈线系统中，滤波器是必不可少的设备。
为了对发射机产生的带外信号进行抑制，规范输出信号的频谱，一般在发射机的输出端和天线之间加接输出滤波器。
滤波器还是构成多工器必不可少的设备。
滤波器按频率的通带范围可分为低通、高通、带通和带阻四个类型。
这四种滤波器在广播电视发射系统中都有应用，其中以带通滤波器的应用最为广泛。
滤波器设计的基本思路是根据滤波器的指标要求（如中心频率、通带带宽、通带损耗、阻带衰减以及输入输出阻抗等），选定低通原型滤波器（常用的包括巴特沃斯函数、切比雪夫函数和椭圆函数等）及谐振腔的数目；然后通过频率变换得到所需滤波器的理论模型；最后通过实际结构或电路来实现滤波器。
调频和电视的发射频率为50MHz—862MHz，即VHF和UHF波段，如果在这么高的频率上用集中参数元件实现滤波功能，那么器件的损耗很大，功率容量受到限制，而且性能不稳定。
因此，一般情况下，高频率范围内的滤波器都是用分布电感和分布电容来实现的。
同轴传输线和波导是两种最常用的微波滤波器实现结构。
微波光子滤波器的研究进展及其在ROF系统中的应用
微波光子滤波器的研究进展及其在ROF系统中的应用1微波光子滤波器概述1.1微波光子滤波器的发展及应用微波光子滤波器是一个利用光学方法处理微波信号并实现滤波功能的光学子系统。
传统电子技术的滤波技术是直接将射频信号下变频后在电路中进行处理，相对缺少灵活性，系统易受电磁波的干扰;受到频带及采样频率等电子瓶颈的限制。
而微波光子滤波技术是在光域上处理载有的电信号，利用光纤、光学链路、光电子器件等对信号采样、加权、相加等处理。
由于微波光子滤波器是用光学的方法处理微波信号，它可以克服传统的电滤波器的“电子”瓶颈。
传统的采样频率最高只能达到几千兆赫兹左右，而微波光信号处理则可以达到上千亿赫兹，这将给高速无线通信提供良好的基础。
比起传统的电子滤波器，微波光子滤波器用光学的方法处理微波信号，这种方法利用了光纤延迟线损耗小、抗电磁干扰、体积小、重量轻、能提供较宽的工作带宽和高速的取样频率等优势;并且微波光子滤波器更容易实现可调和可重构。
这些优点使得微波光子滤波器的应用非常广泛。
微波光子滤波器可以在现代高速光纤无线接入网中得到广泛的应用。
既可以应用到地面雷达系统中，也可以应用到从通用移动通信系统(UMTS: universal Mobile Telecommunication system)到固定接入微蜂窝网络中的宽带无线接入网及相关标准中(例如无线局域网(WLAN: Wireless Local Area Network)、全球互操作性微波接入(WIMAx: world Interoperability for Microwave Access) 以及局域多点分布服务(LMDS: Local Multipoint Distribution Service)，另外，由于重量轻的特点，微波光子滤波器的在数字卫星通信系统中也有广泛的应用。
这些技术都希望通过提高微波频率，减小微波信号的覆盖范围来提高传输的信道容量，而利用ROF 系统技术提高系统的传输容量，它利用宽带光纤无线技术能实现大容量无线射频信号的有线传输和超宽带无线接入。
第7章射频微波滤波器1
(4) 带外抑制:
规定滤波器在什么频率上会阻断信号, 也可 用带外滚降来描述,就是规定滤波器通带外每多 少频率下降多少分贝。滤波器的寄生通带损耗 越大越好,也就是谐振电路的二次、 三次等高 次谐振峰越低越好。
(5) 承受功率。
在大功率发射机末端使用的滤波器要按大 功率设计,元件体积要大,否则,会击穿打火,发 射功率急剧下降。
f
2 0
f XL
f
XL
1 FBW
3.333
s2 f XU
f
2 0
f XU
1 FBW
2.778
s MIN (s1, s2 ) 2.778
步骤三: 计算元件节数n。令
100.1Ar 1, Mag 100.1As
双端口网络, 设从一个端口输入一具有均 匀功率谱的信号,信号通过网络后,在另一端口 的负载上吸收的功率谱不再是均匀的,即网络 具有频率选择性。
Pin
~
O
f
滤波器
PL
ZL
O
f0
f
图7-1 滤波器特性示意图
通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性,即
LA
10
lg
Pin PL
dB
(7-1)
Pin和PL分别为滤波器的输入功率和负载吸收功率。
第七章 射频微波滤波器
7.1 滤波器的基本原理 7.2 集总参数滤波器 7.3 各种微带线滤波器 7.4 微带线滤波器新技术
7.1 滤波器的基本原理
7.1.1 (1) 工作频率: 滤波器的通带频率范围 ① 3 dB带宽: 由通带最小插入损耗点（通带
传输特性的最高点）向下移3 dB时所测的通带宽度。 这种定义没有考虑插入损耗, 工程中较少使用。
MPF微波光子学滤波器详解 PPT课件
可调谐性
负系数
高Q值
从技术层面上考虑，微波光子学滤波器主要需要关注 的是其可调谐性、负系数与高Q 值的实现这三个方面。可 调谐保证了其灵活性，负系数则是为了实现高通和带通滤 波器，而 Q 值是体现微波光子学滤波器频率选择性的一 项重要指标。
前言 第1章 MPF的分类和性能指标
第2章 高Q、负系数、高阶MPF典型方案分析
直接在光域处理，再转换为电信号后下变频
MPF VS 传统射频滤波器
在传统射频电路中，由射频信号源或天线接收得到射频信号，注入到信 号处理的射频电路，即经下变频到基带信号后通过模数换分辨率 要求很高。该方法所实现的滤波器的最大弊端在于所设计的信号处理电路只 能实现特定频段微波信号的滤波功能,一旦微波信号的频率发生变化,就必须重 新设计新的信号处理电路。同时,在电域内处理信号时,带宽和采样频率将会受 限,且高频电路容易引起电磁干扰,增大损耗。
负系数滤波器的实现
非相干的MPF在探测器端是信号功率的叠加，一般只能实现正的加权系 数，这样滤波器的波形局限在低通，为了实现高通和带通的滤波器，需要 引入负系数。
为了得到负的加权系数，可以利用反相位调制。
基于 SOA 交叉增益调制效应实现负系数的方案
如图，利用了SOA的交叉增益调制效应来实现一个2路的FIR负系数 滤波器，可调谐激光器输出波长为λ1 ，DFB激光器输出波长为λ2 ，由 于SOA的交叉增益调制效应，下路信号光λ1上携带的微波信号转移到 探测光载波λ2上，且与λ1上的信号相位相反。载波λ1上的信号获得正 的加权系数，载波λ2上的信号获得负的加权系数，它们可以由激光器 的输出功率来调节。
高阶滤波器的实现
一般讨论的IIR滤波器都有唯一的单极点，即为一阶滤波器。一阶IIR滤 波器受到传递函数的限制，在实验中很难得到很高的Q值和滤波抑制比。
2024版MPF微波光子学滤波器详解PPT课件
01微波光子学滤波器概述Chapter微波光子学基本概念微波光子学定义01微波光子学应用领域02微波光子学技术031 2 3滤波器定义滤波器在微波系统中的作用滤波器性能指标滤波器在微波系统中的作用MPF技术原理及特点MPF 技术原理MPF技术特点MPF实现方式02 MPFChapter常见MPF结构类型光纤光栅型MPF利用光纤光栅的周期性折射率调制实现滤波功能，具有插入损耗低、带宽可调等优点。
环形谐振腔型MPF通过环形谐振腔的选频作用实现微波信号滤波，具有高Q值、窄带宽等特点。
Mach-Zehnder干涉仪型MPF基于Mach-Zehnder干涉原理，通过调节干涉臂长度实现滤波功能，具有灵活性高、可调谐范围大等优势。
工作原理及性能参数工作原理性能参数优缺点分析优点缺点03 MPFChapter设计方法论述基于传输线理论的设计方法时域有限差分法（FDTD）耦合模理论光电器件性能限制光电器件的带宽、损耗、噪声等性能会直接影响MPF的性能。
解决方案包括采用高性能的光电器件、优化器件结构和工艺等。
温度稳定性问题MPF的性能会随温度的变化而发生变化，影响滤波器的稳定性。
解决方案包括采用温度补偿技术、选择温度稳定性好的材料等。
偏振相关问题MPF对输入光的偏振状态敏感，不同偏振态下滤波器的性能会有所不同。
解决方案包括采用偏振不敏感的光电器件、设计偏振控制器等。
关键技术挑战及解决方案窄带MPF设计案例介绍了一个窄带MPF的设计过程，包括滤波器结构的选择、参数的优化、仿真结果的验证等。
该案例展示了如何根据实际需求设计出满足性能指标的MPF。
介绍了一个宽带MPF在无线通信系统中的应用，包括滤波器的性能指标、应用场景、实际效果等。
该案例展示了MPF在实际应用中的优势和潜力。
介绍了一个具有多种功能的MPF的设计和实现过程，包括多通带滤波、可调谐滤波等功能的实现方法和效果展示。
该案例展示了MPF设计的灵活性和多样性。
宽带MPF应用案例多功能MPF设计案例典型案例分析04 MPFChapter通信系统架构简介发射端包括信源编码、信道编码、调制等模块，用于将信息转换为适合传输的信号。
微波工程-第8章微波滤波器
微波工程基础 第八章 微波滤波器
第8章
微波滤波器
* 微波滤波器是可以用来控制系统的频率响应的二端口无源微波器件。
微波工程基础
第八章 微波滤波器
* 典型的滤波器相应包括低通、高通、带通和带阻。 * 滤波器在通带内提供信号的传输，在阻带内提供信号的衰减。 * 微波滤波器的两种设计方法——镜像参量法和插入损耗法。 * 实现微波滤波器的两种手段——理查德变换和科洛达恒等关系。
低通原型电路→低通、高通、带通和带阻滤波器 滤波器的转换之阻抗定标/频率定标 ——源阻抗 R
0
实际低通
1
时，
c
1
滤波器的元件值
源阻抗定标后
频率定标后的元件值
L R0 L C C / R0
频率定标？
Rs R0
R0 RL RL
L / c Lk
g0 1
c 1
k2 1
8-16
微波工程基础 第八章 微波滤波器 最平坦低通滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线
微波工程基础 第八章 微波滤波器
8.3.3 等波纹低通滤波器的原型
等波纹低通滤波器原型的元件值
8-18
微波工程基础 第八章 微波滤波器 等波纹低通滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线
8-40
微波工程基础 第八章 微波滤波器 用电容性耦合并联谐振器的带通滤波器
微波工程基础 第八章 微波滤波器
利用 K, J 变换器变换成只有一种电抗元件的方法
8-41
8-42
PLR 1 k 2 c
(整理)微波滤波器讲稿
0102微波滤波器是一种在微波频段内选择性地传输或抑制特定频率信号的器件。
利用不同频率信号在传输线上的传播常数不同，实现频率选择性的传输或反射。
定义基本原理定义与基本原理早期采用集总元件（如电感、电容）实现，体积大、性能差。
中期随着微带线、波导等传输线技术的发展，滤波器逐渐小型化、高性能化。
•近期：基于新材料、新工艺的滤波器不断涌现，如高温超导滤波器、光子晶体滤波器等。
现状多种技术并存，各有优缺点，适用于不同应用场景。
随着5G、6G等通信技术的发展，对滤波器性能的要求不断提高，推动滤波器技术不断创新。
移动通信基站、终端设备等。
卫星通信地面站、卫星载荷等。
雷达系统收发组件、信号处理等。
电子对抗侦察、干扰等。
适应移动设备、可穿戴设备等应用场景的需求。
小型化、轻量化低插损、高带外抑制等，提高系统整体性能。
高性能适应多模多频、宽带通信等应用场景的需求。
多频带、宽频带满足大规模生产、商业应用的需求。
高可靠性、低成本允许低频信号通过，对高频信号具有较大的衰减作用。
低通滤波器允许某一频带内的信号通过，对该频带以外的信号具有较大的衰减作用。
带通滤波器允许高频信号通过，对低频信号具有较大的衰减作用。
高通滤波器阻止某一频带内的信号通过，对该频带以外的信号影响较小。
带阻滤波器01集中参数滤波器由集总元件（如电阻、电容、电感）构成，适用于低频段。
02分布参数滤波器由分布参数元件（如传输线、波导）构成，适用于高频段。
03混合式滤波器结合集中参数和分布参数元件，实现宽频带、高性能的滤波特性。
03采用同轴线作为传输线，具有低损耗、高功率容量等优点，但体积较大。
同轴线滤波器采用微带线作为传输线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，但插入损耗较大。
微带线滤波器采用波导作为传输线，具有高Q 值、低插损等优点，但体积较大且不易于集成。
波导滤波器按传输线类型分类插入损耗不同类型滤波器的插入损耗不同，一般来说，微带线滤波器的插入损耗较大，而同轴线滤波器和波导滤波器的插入损耗较小。
《微波滤波器的设计》课件
提高信号传输安全性：防止信号被非法窃取或干扰，提高信号传输 安全性
微波滤波器的分类
按照频率范围分类：低频滤波器、中频滤波器、高频滤波器 按照结构分类：腔体滤波器、波导滤波器、微带滤波器、介质滤波器 按照功能分类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器 按照应用分类：通信滤波器、雷达滤波器、电子对抗滤波器、医疗滤波器
传输线参数：包 括阻抗、相位常 数、衰减常数等
传输线匹配：实 现信号的无反射 传输，提高传输 效率
滤波器技术参数
插入损耗：滤波器对信号的 衰减程度
带宽：滤波器允许通过的频 率范围
频率范围：滤波器能够工作 的频率范围
阻抗匹配：滤波器与信号源 和负载的阻抗匹配程度
滤波器类型：低通、高通、 带通、带阻等
滤波器结构：LC滤波器、 陶瓷滤波器、声波滤波器等
滤波器设计流程
确定滤波器类型：低通、高通、带通、带阻等 确定滤波器参数：中心频率、带宽、阻带衰减等 设计滤波器结构：如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆函数等 仿真验证：使用仿真软件进行滤波器性能验证 制作实物：根据设计结果制作实物滤波器 测试性能：对实物滤波器进行性能测试，确保满足设计要求
添加标题
添加标题
优点：简单易行，适用于各种微 波滤波器
应用：广泛应用于微波滤波器的 设计和优化中
传输线法
传输线法是一种常用的微波滤波器设计方法 传输线法通过分析传输线上的电压、电流和阻抗，来设计滤波器 传输线法可以设计出各种类型的滤波器，如低通、高通、带通等 传输线法设计滤波器的优点是简单、直观，易于理解和实现
微波滤波器的应用场景
通信系统：用于接收和发射信 号，提高信号质量
MPF微波光子学滤波器详解
（6）克服滤波器频率响应曲线的周期性特性 通过不同FSR的滤波器的级联或者采用非均勾的时延是增大MPF的FSR 的常用方法。
可调谐性
负系数
高 Q值
从技术层面上考虑，微波光子学滤波器主要需要关注 的是其可调谐性、负系数与高Q 值的实现这三个方面。可 调谐保证了其灵活性，负系数则是为了实现高通和带通滤 波器，而 Q 值是体现微波光子学滤波器频率选择性的一 项重要指标。
型技术之一。它借助现有的微波光子技术及相应的光学器
件搭建光学系统,允许特定频率微波信号通过的同时,抑制其 它频率的微波信号,进而实现微波信号的滤波处理。
MPF的分类
正抽头 按滤波器的抽头系数 负抽头 复抽头 有限脉冲响应(FIR)滤波器 无限脉冲响应(IIR)滤波器
按滤波器抽头系数的多少
单光源微波光子滤波器 采用的光源的个数 多光源微波光子滤波器
FSR=1/T
FSR和延迟线产生的延迟时间T呈反比，其大小决定了滤波器选择频谱 的中心频率，也就是射频信号所能通过的中心频率。滤波器的延迟线可以 利用各种不同的色散器件构成，如单模光纤，光纤布拉格光栅，光纤环等。 。
2．品质因数(Q 值) 在微波光子学滤波器中，Q值会影响到滤波器通带对射频信号频
谱的选择性。
图 不同载波波长对应的 MZM 的调制曲线
如图 ，为了产生相同的延迟时间T，两组载波应分别进行延时， 因为它们处在不同的光通信窗口，对应的光纤色散参量不同，光纤3 在1550nm 处色散参量为零，用它来补偿两组光波之间的群速度的 差值，以保证第N路信号与第N＋1路信号之间的延迟时刚好为T。
图 1-13 基于单个MZM实现负系数的方案
Q值的大小影响到滤波器选择性的好坏。
3．主旁瓣抑制比(MSR) 表示了滤波器主瓣对边带的抑制程度，其大小决定了对边带的抑制 程度，也反映了滤波器对边带噪声抑制性能的好坏。
微波滤波器设计基础视频培训课程讲义-Lec01
• • • 通信系统微波滤波器——基础、设计与应用，(英)卡梅伦等著，王松林等译 , 电子工业出版社, 2012 现代微波滤波器的结构与设计，上、下册，甘本袚等著，科学出版社，1973 微带电路，清华大学《微带电路》编写组，人民邮电出版社,1979
•
Microstrip Filters for RF/Microwave Applications (2nd edition), by Jia-Sheng Hong, M. J. Lancaster, John Wiley & Sons Inc. 2011
微波滤波器分类
通常采用工作衰减来描述滤波器的幅频特性；根据衰减特性的不同，滤波器可以分为低通、 高通、带通、带阻滤波器；无论何种类型的微波滤波器，都可以由低通原型滤波器设计变换 而来
微波滤波器按实现结构可以分为传输线结构滤波器、波导结构滤波器、同轴线结构滤波器、
谐振腔体结构滤波器等。不同的微波结构可以分别通过倒置变换器(K/J变换器)、外部Q值和耦 合系数、Richards变换和Kuroda规则来实现
课程内容安排
第一讲：内容简介 第二讲：微波滤波器主要技术参数 第三讲：低通原型滤波器 第四讲：频率变换
• 低通、高通、带通、带阻滤波器与低通原型滤波器之前的相互转换
第五讲：倒置变换器(K、J变换器)、耦合系数 第六讲：Richards变换和Kuroda规则 第七讲：微波滤波器设计流程和仿真软件
微 波 滤 波 器 设 计 基 础
视 频 培 训 课 程
第一讲
概述
滤波器是微波/射频/通信系统中最常用的器件之一，其功能是在电路系统中把有用的频率信
号分离出来，而把无用的频率信号给滤除掉 该门课程全面、系统地介绍现代微波滤波器设计所涉及到的理论基础知识，为大家设计实际 的微带传输线结构、腔体结构和波导结构的微波滤波器打下坚实的基础
微波光子滤波器-李建超共20页
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿