滤波器技术2讲义

1、滤波器技术二,同轴腔体滤波器的耦合,金属同轴滤波器 1、输入输出耦合 2、内部耦合 介质同轴滤波器 3、输入输出耦合 4、内部 交叉耦合概述,金属同轴滤波器,输入输出耦合(抽头) 滤波器的抽头是信号得以馈送进滤波器和耦合出滤波器的一种装置，不同带宽，不同种类的滤波器所用到的抽头是不一样的。总的来讲有两种形式： 电耦合：通过电流或者电场来进行耦合。 磁耦合：通过磁场进行耦合，也称感性耦合。,金属同轴滤波器的电耦合方式有两种，一种是探针耦合，一种是直接馈电耦合，如下图所示。,a、直接馈电方式,b、探针耦合方式,C、磁耦合方式,对于a中抽头，通过壁电流直接馈电，可以适用于带宽较宽的情况，结构稳定性好，是最常用的一种抽头方式 对于b中的探针馈电方式，通过电场使得外部电路和第一个谐振腔进行耦合，可以适用于窄带情况下，结构稳定性不好，不常用。,对于c中的磁耦合方式，一般适用于窄带滤波器，结构可靠性高，但装配不方便。,磁耦合形式可以理解为一种互感的形式,左边为源，右边为谐振器，那么耦合强弱，可以看作为谐振回路在左边源回路面积内的磁通量的大小。就象实际中的增高接地抽头的高度或者缩小接地抽头和谐振杆直接

2、的距离都能够增大源回路的面积，所以源回路上磁通量变大，耦合变强,介质同轴滤波器,输入输出耦合(抽头) 基站用介质滤波器主要是一系列的介质TE01d模介质谐振器相互耦合组成的滤波器，关于此类型滤波器在后面再做详细介绍，这里只谈谈它的输入输出耦合方式形式。 介质滤波器的抽头形式也分以下两种情况： 电耦合：探针形式 磁耦合：接地闭合环,由于介质滤波器电磁场绝大部分被禁锢在介质谐振器中，所以电耦合很弱，常应用于窄带滤波器中。,滤波器的耦合结构是前面讲到耦合系数的物理结构。滤波器两个腔之间的耦合既包括电耦合也包括磁耦合,是两者的线形叠加。同轴滤波器通常实现耦合的结构为两腔共用腔壁上开一窗口，使得两腔通过窗口进行耦合。,电场分布,金属同轴滤波器的内部耦合,磁场分布,两腔之间的耦合主要以磁耦合为主，总耦合等于磁耦合减去电耦合，通常在耦合区域中心从盖板上伸入一螺杆，从而减弱电耦合来达到增强总耦合的效果。 通常，减小窗口的宽度和深度，是一种有效的退耦合装置，能够有效的减小总的耦合。,理想的导体壁（电阻率为零）在电磁理论中称为电壁,在电壁上电场的切向分量为零，磁场的法向分量为零。电磁波入射到电壁上将被完全

3、的反射回来,没有透射波穿过电壁。 在电磁理论中，垂直于磁力线的壁称为磁壁，在磁壁上磁场的切向分量为零，电场的法向分量为零。它与电壁对偶。,按上面电壁磁壁的定义，可以知道单个的谐振腔由于电磁波被禁锢在电壁之内，电磁波来回振荡形成电磁驻波，发生谐振；两腔之间由于深入螺杆相当于深入一个电壁，电波在电壁被完全反射无法进入下一腔，从而电耦合被减弱，总耦合被加强。,介质滤波器的内部耦合,Te01d模介质滤波器内部磁场耦合回路,耦合等效回路,和金属同轴滤波器一样，介质滤波器的内部耦合也是电耦合和磁耦合的叠加，以磁耦合为主。因为TE01d模磁场方向与同轴金属滤波器磁场方向垂直，所以当耦合窗口中z方向深入金属螺杆时，磁场被螺杆阻隔，磁耦合被减弱，所以总的耦合被减弱。 当金属螺杆从x方向深入耦合窗口时，电场被螺杆阻隔，电耦合被减弱，所以总的耦合增强。,Te01d模介质滤波器内部磁场耦合回路,交叉耦合,由于通信技术的发展，对滤波器只要的要求越来越苛刻，对抑制要求的提高，同时对插损的要求也越来越高。这就要求在滤波器设计中尽量减少节数，但同时尽量提高带外衰减，必须在滤波器带外产生一些传输零点来达到提高衰减的目的

4、,滤波器可以等效为一些并联电感电容及另一些电感电容组成的集总电路，其中并联电感电容可以看成是一个谐振单元，另外一系列电感则为不同单元之间的耦合。,传输零点: 由于不谐振信号通过这些耦合元件及电感元件后，相位会发生偏移，如果信号经过两个通路传输后相位不一致的叠加在一起则会产生互相影响，也就是传输零点。以下介绍如何分析传输零点位置。 分析单个的谐振元件，把它看成一个二端口元件，在Designer里面建立一个谐振频率为F0=100MHz的谐振单元,相位、频率结果分析: 当信号F=F0时 21=0 FF0时 21-90deg,将电感也看做为二端口元件，在Designer里面进行分析，,21-90deg,将电容也看做为二端口元件，在Designer里面进行分析，,21+90deg,下面分析一个传统的感性交叉耦合的CT结构(三个一组)产生零点的位置,3,1,2,-90,-90,-90,信号从1到3,经过两个通路1-2-3和1-3，经过感性耦合时，相位变换都为-90deg,经过2谐振元件时，有可能是正也有可能是负,如前面所分析的。,90,当高于通带频率通过此环路时，相位相差180deg，所以在通带右

5、侧产生传输零点。,3,1,2,+90,-90,-90,90,同样下面分析一个传统的感性交叉耦合的CT结构产生零点的位置,信号从1到3,经过两个通路1-2-3和1-3，经过感性耦合时，相位变换都为-90deg,经过容性耦合时，相位都为+90deg,经过2谐振元件时，有可能是正也有可能是负,如前面所分析的。,当低于通带频率通过此环路时，相位相差180deg，所以在通带左侧产生传输零点。,下面分析一个传统的容性交叉耦合的CQ结构(四个一组)产生零点的位置,3,1,2,+90,-90,-90,90,4,-90,90,信号从1到4,经过两个通路1-2-3-4和1-4，经过感性耦合时，相位变换都为 -90deg,经过容性耦合时，相位都为+90deg,经过2、3谐振元件时，有可能是正也有可能是负,如前面所分析的。,当低于或者高于通带频率的信号通过此环路时，相位相差180deg，所以在通带左侧、右侧产生传输零点。,下面分析一个传统的容性交叉耦合的CQ结构(四个一组)产生零点的位置,3,1,2,-90,-90,-90,90,4,-90,90,信号从1到4,经过两个通路1-2-3-4和1-4，经过感性耦合

6、时，相位变换都为 -90deg,经过容性耦合时，相位都为+90deg,经过2、3谐振元件时，有可能是正也有可能是负,如前面所分析的。,当低于或者高于通带频率的信号通过此环路时，相位都一致，因此不会产生传输零点，但会改善群时延的平坦度。,前面分析的是常用的级联形式CT和CQ结构的零点位置，下面我们分 析一下现在用到的两种嵌套结构交叉耦合的零点位置。,嵌套的交叉耦合，虽然能够增加传输零点，但是调试难度大，实际使用 有一定的困难。,3,1,2,-90,-90,-90,90,4,-90,90,-90,上面是我们已经在产品中开始应用的一种结构，这里我们重新分析这种结构的传输零点位置,上面这个结构可以看成是环路1-3-4和环路1-2-3构成，分别分析两个环路,3,1,-90,-90,4,90,-90,3,1,2,-90,-90,90,-90,这就相当于是两个加感性交叉耦合的CT结构了，所以这种嵌套结构可以在通带右边产生产生两个零点。同样的分析另一种结构：,3,1,2,-90,-90,-90,90,4,-90,90,+90,3,1,-90,-90,4,90,+90,上面这个结构可以看成是环路1-3-

7、4和环路1-2-3构成，分别分析两个环路,3,1,2,-90,-90,90,+90,这就相当于是两个加容性交叉耦合的CT结构了，所以这种嵌套结构可以在通带左边产生产生两个零点。同样再分析前段时间做的5腔交叉耦合:,1,2,3,4,5,-90,-90,-90,-90,-90,+90,+90, 90, 90,90,这个环路可以分解为三个环路,2,3,4,-90,-90,+90, 90,1,4,5,-90,-90,+90,90,1,2,4,-90,-90,+90, 90,经分解后1-4-5, 1-2-4, 2-3-4变成了加容性交叉耦合的CT，所以应该在通带左边产生三个零点，这与仿真结果和调试结果是一致的。,仿真,调试波形,这种嵌套结构可以拓展成其他多种形式，也同样可以这样分析,比如：,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,交叉耦合中电耦合的实现，就是我们常说的容飞,交叉耦合的结构形式,交叉耦合中磁耦合的实现，就是我们常说的感飞,感飞等效电路,如前面讨论的输入输出磁耦合一样 感飞形式可以理解为一种互感的形式,左右两边都是谐振器，感飞可以看作是两个电感构成的回路，那么耦合强弱，可以看作为谐振回路在中间回路面积积内的磁通量的大小。 在实际中我们通过增加对地高能增加这个回路的面积，又或者将此回路安装在腔体底部磁场最强的地方，都可以达到增强磁通量，增加磁耦合的效果。,另外，交叉耦合引起的零点位置还跟交叉耦合通路的电长度有关，如下图：,3,1,2,+90,-90,-90,90,+180,当交叉耦合通路的电长度接近+180度时，计算两个通路的相位发现零点出现在通带右边。 如在产品ERDA双工器中，一个80mm长的容性飞杆在通带右侧产生了传输零点，而ERDA为1.8G产品，中心频率1842.5，半波长为81mm,相位经过这个长的容性飞杆偏移了+270度。,END,

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