腔体滤波器设计

2005-3-27
Allrizon Communication Corp
Measuring S-Parameters
a1
Incident
Forward
S 11
Reflected
b1
S 21
Transmitted
b2
Z0
DUT
Load
a2 = 0
S 11 = Reflected
Incident
S 21 = Transmitted
Incident
=
b1 a1
b
=
2
a1
a2 = 0 a2 = 0
S 22 = Reflected
Incident
S 12 = Transmitted
Incident
=
b2 a2
b
=
1
a2
a1 = 0 a1 = 0
Z0
Load
a1 = 0
b 1 Transmitted
DUT
S 12
b2
S 22
Reflected
腔体滤波器的分析与设计
边登峰
Dengfeng_bian@allrizon-china.com
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 Q&A
2005-3-27
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Reverse
a2
Incident
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S-Parameters with Common Measurement Terms
S11 = forward reflection coefficient (input match) S22 = reverse reflection coefficient (output match) S21 = forward transmission coefficient (gain or loss) S12 = reverse transmission coefficient (isolation)
[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。
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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。
腔体滤波器的设计流程
分析客户指标，结Байду номын сангаас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)
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。
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梳状线滤波器结构示意图
2005-3-27
注意：接地良好与否直接影响性能！
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[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。
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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.
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
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腔体滤波器的基本理论
电路模型
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耦合谐振滤波器最基本的耦合结构
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
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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）
电路原理图
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场分布
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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。
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
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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 反映。法兰盘越大间隙越小则C越大，频率越低；反之则C 越小，频率越高
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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
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决定谐振频率的因素
f0 1/ LC
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1.谐振频率同波长成反比。频率越高单腔尺寸越小，频 率 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，L越大， 频率越低；谐振杆越短越粗，L越小，频率越高