小型化SIR同轴腔体滤波器的设计

畏a叶技2009年第22卷第10期小型化SIR同轴腔体滤波器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 董利芳，王锡良，王晓会(电子科技大学电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，四川成都610054)摘要根据阶跃阻抗谐振器SIR(SteppedImpedanceResonators)的基本原理，采用1／4渡长型SIR作为同轴腔滤波器的基本谐振单元。利用耦合矩阵采用梳状线形式，设计了一种梳状SIR同轴腔滤波器。通过HFSS仿真优化后的实验结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，其尺寸比例比常用的梳状线滤波器形式显著减小，较好地实现了滤波器的小型化，同时满足工程需要的技术指标。关键词阶跃阻抗谐振器(SIR)；同轴腔；梳状滤波器中图分类号TN713+．5文献标识码A文章编号1007—7820(2009)10一004—03DesignofMiniatureSIRCoaxial．cavityFilterDongLifang，WangXiliang，WangXiaohui(SchoolofElectronicEngineering，UESTofChina，Chengdu610054，China)AbstractAccordingtothebasicprincipleofsteppedimpedanceresonator(SIR)，AE／4一typeSIRistakenasbasicresonatorunitofcoaxialfilters．Byuseofcouplingmatrixinpectinationform，acomblinecoaxi·al—cavityfilterwithAE／4一typeSIRisdesigned．ThroughsimulationandoptimizationbyHFSS，theexperimentresultshowsthatitsproportionofsizeissignificantlyreducedcomparedwiththeusualcomblinefilters，andtherealizedminiaturizationfiltermeetstheengineeringrequirements．KeywordsSteppedImpedanceResonators(SIR)；coaxial—cavity；comblinefilter微波带通滤波器是无线电通信系统中的一类关键无源器件。近年来，随着微波技术的迅速发展，无线电通信频率资源日益紧张，这就对滤波器的性能指标提出了更高的要求，因此研究新的高性能微波带通滤波器具有十分重要的实际意义。而同轴腔滤波器具有功率容量大、体积小、Q值高、易于实现的特点，能够符合带内插损小、带外抑制高的设计要求。A。“型阶跃阻抗变换器(SIR)作为基本谐振单元在不减小无载Q值的情况下，可减小滤波器尺寸，并通过调节阻抗比来较好地控制杂散频率。同时采用梳状线的形式⋯，由于一端的电容加载，进一步缩短了谐振器的尺寸。SIR滤波器在结构和设计上有很大的自由度，通过采用不同类型的传输线(同轴、带状线、微收稿日期：2008．12．05作者简介：董利芳(1981一)，女．硕士研究生。研究方向：射频，微波电路与系统。带、共平面)或介电材料而使其有很大的应用频率范围。1基本原理SIR是由两个以上具有不用特征阻抗的传输线组合而成的横向电磁场或准横向电磁场模式的谐振器，包括A。／4型、A。／2型和A。型，都有开路面、短路面和它们之间的阻抗阶跃接合面。图l为A。／4型SIR结构。开路面Z2、mmmz。黝路面图1Ag／4型SIR万方数据董利芳，等：小型化SIR同轴腔体滤波器的设计传输线开路端和短路端之间的特征阻抗和等效电长度分别对应为z，、0，和z：、口：，输入端的阻抗和导纳分别定义为互和t。若忽略阶跃非连续性和开路端的边缘电容悼]，那么z。的表达式如下孕jz2筹糍(1)互=jzz云专蔬(1)当K=0时，可得谐振条件为tan01tan02=Z2／Z1=R：(2)由此可得谐振条件取决于0，、Oz和阻抗率R：。一般均匀阻抗谐振器(UIR)的谐振条件唯一取决于传输线的长度，而对SIR同时要计人长度和阻抗比。因此SIR比UIR多了一个自由度。图2是同轴SIR的基本结构，内导体的半径和长度分别为口，、Z。和a：、Z：，外导体内半径为b，整个SIR总的电长度可表示为0，，则阻抗比尺：可以表示为图2同轴SIR耦合结构R：=Z2／Zl=In(b／a2)In(b／a1)(3)以0：=0，一0，代人式(2)并求解，得tan¨an”志(tanO．+击)(4)为了实现小型化设计，要求0<R：<1，0<0<1T／2。由式(4)可知，当tan20。=R：，这时0。=0：=arctan~／尺：，由此日，取最小值为(Ork。一arcan(瓮)(5)上述计算表明，0。=0：=Oo是一个特殊条件，并且(0，)mi。是随着月：的减小而减小，对谐振器的长度压缩就越大。滤波器的杂散频率由阻抗比由尺：决定。2设计实例该同轴腔梳状带通滤波器的技术指标要求为：中心频率fo=751MHz，带宽,BW=13MHz，带内插损Lo<1．0dB，带外衰减>30dB，在fo-I-20MHz，腔体高度<40mm。由文献[3]查表可知：t／,=6，g。=2．1546，92七1．1041，93=3．0634，94=1．1518，95=2．99367，96=0．8101。2．1单腔谐振单元的物理尺寸中心频率为751MHz，1／4波长大约为100m／n，普通梳状线电容加载的滤波器的单个谐振器的尺寸为1／8波长约为50mm，而要求腔体高度小于40mm。在本实例中，采用在SIR结构中加载电容的方式。设定谐振腔长度为34mm，谐振器总长fr为32mm，对于空气填充的A。／4型SIR谐振腔，在0，=02=Oo的条件下，可以确定f。=21mm，可得R：=tan2／311=tan22-rrll／lo=0．11，其中f0为空气中波长。通料山插舭忆Lo锩砉毋=等，要求L。<1．0dB，因此未加载Q值为：Q0>1538．3，由悼1知，Qo一2082b批=18046(b的单位为cm)，得到b>0．85cm，取6=9mm。为了取得最大的Q值，z。取值范围应该为75—90Q，因此可以将内导体半径分别确定为：口。=2．3mm，口：=7．7mill。由于阶跃结合面和开路端电容的不连续性与谐振器之间形成的耦合电容，以及电容加载的影响，故阶跃结合面与开路端的边缘电容和加载电容可以用一段等效的长度△t来代替。这样可以得到Z2Ira．ZI一△Zf，其中△z，一cjl,,(b／a1)／27r80，cf=cf,+C6，G厅为端壁边缘电容，计算式见文献[2]，C。为边壁边缘电容计算式同文献[5]中梳状线带通滤波器的集总电容的计算。得到△Zi=12mm，则乞=9mm。通过HFSS单腔本征模的仿真，可以得到最终尺寸o。=2mm，口：=8mm，Z1=24mm，Z2=8mm，如图3所示。图3单腔本征模电子科技／2009年10月15日5万方数据董利芳，等：小型化SIR同轴腔体滤波器的设计2．2终端Q值终端外界Q值就是终端电阻反射到第一个谐振器中所得到的Q值。Q，值在理论上可以从低通原型参数和滤波器指标中获得’3]，第一个谐振器的Q。=g。g。／2／BW=53．865。同时Q。还可以通过．s。，在谐振频率处的群时延来提取【6'7]。通过单腔驱动模式的仿真计算得到s参数，根据 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 Q。=∞。r。(∞。)／4，由此可得激励的高度为7．4mm，如图4所示。另外，从耦合矩阵中得出耦合系数，通过改变耦合孑L的高度来改变耦合量的大小，达到所要求的耦合系数，如图5所示。图4Q。的驱动模式图5两个腔的耦合最后经HFSS仿真优化，结果如图6和图7所示。图66腔SIR结构图3结束语730．00740．00750．00760．00770．OO频；$／MHz图7仿真结果图文中以同轴SIR谐振器为单元，谐振器间采用开窗口的形式形成电容和电感耦合构成滤波器结构，设计了一款小型化的梳状带通滤波器，并在谐振器的开路端加载电容。由于加载电容及阶跃电容的存在，使其尺寸《1／4波长，与1／4波长100mm相比，长度压缩了66％，软件仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。参考文献[1]MatthaeiGL．Comb—lineBand—passFiltersofNarroworModeratebandwidth[J]．MicrowaveJ，1963(6)：82—91．[2]MakimotoM，YamashitaS．无线通信中的微波谐振器与滤波器[M]．赵宏锦，译．北京：国防工业出版社，2002．[3]甘本祓，吴万春．现代微波滤波器的结构与设计[M]．北京：科学出版社，1973．[4]MatthaeiGL，YoungL，JonesEMT．InMicrowaveFilters，lmpedence—matchingNetworksandCouplingStrctures[M]．NewYork：McGraw—Hill，1964．[5]徐鸿飞，朱成钰，刘坚，等．同轴腔带通滤波器的一种设计方法[J]．微波学报，2004，20(2)：55—58．[6]姚霈，杜栓义，史晶晶．WCDMA上行信道SIR估计算法研究[J]．电子科技，2008，21(10)：38—40．[7]HongJiasheng，LancasterMJ．MicmstripFiltersForRF／MicrowaveApplications[M]．NewYork：WileyIn．terse—iencePublication，2001．6ElectronicSci．&Tech．／Oct15．2009万方数据小型化SIR同轴腔体滤波器的设计作者：董利芳，王锡良，王晓会，DongLifang，WangXiliang，WangXiaohui作者单位：电子科技大学,电子工程学院,四川,成都,610054刊名：电子科技英文刊名：ELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGY年，卷(期)：2009,22(10)被引用次数：1次参考文献(7条)1.HongJiasheng;LancasterMJMicrostripFiltersForRF/MicrowaveApplications20012.姚霈;杜栓义;史晶晶WCDMA上行信道SIR估计算法研究[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-电子科技2008(10)3.徐鸿飞;朱成钰;刘坚同轴腔带通滤波器的一种设计方法[期刊论文]-微波学报2004(02)4.MatthaeiGL;YoungL;JonesEMTInMicrowaveFilters,Impedence-matchingNetworksandCouplingStrctures19645.甘本祓;吴万春现代微波滤波器的结构与设计19736.MakimotoM;YamashitaS;赵宏锦无线通信中的微波谐振器与滤波器20027.MatthaeiGLComb-lineBand-passFiltersofNarroworModeratebandwidth1963(06)本文读者也读过(10条)1.韩世虎.王锡良.樊勇.HANShi-hu.WANGXi-liang.FANYong梳状SIR交叉耦合同轴腔滤波器的设计[期刊论文]-电路与系统学报2007,12(1)2.蔺云.韩世虎.王锡良一种带抽头的小型化同轴SIR带通滤波器[会议论文]-20053.朱挺挺.吴先良.ZHUTing-ting.WUXian-liang梳状SIR腔体带通滤波器的设计[期刊论文]-安徽大学学报（自然科学版）2008,32(3)4.冯东旭.夏哲雷.凌访华.FENGDong-xu.XIAZhe-lei.LINGFang-hua基于SIR的同轴腔体带通滤波器设计[期刊论文]-中国计量学院学报2011,22(2)5.蔺云.高青.LINYun.GAOQing小型化同轴SIR在广义切比雪夫滤波器中的应用[期刊论文]-电讯技术2007,47(3)6.马云轩.杨兴.宁俊松.羊恺.MAYun-xuan.YANGXing.NINGJun-song.YANGKaiSIR广义切比雪夫同轴腔体滤波器仿真设计[期刊论文]-制导与引信2007,28(4)7.何占儿.王锡良.郑清扩一种同轴腔耦合带通滤波器的设计[会议论文]-20068.王华红.杨雪霞.高艳艳.孙晓萌.WANGHua-hong.YANGXue-xia.GAOYan-yan.SUNXiao-meng用SIR型开路枝节实现低通滤波器小型化和宽阻带[期刊论文]-应用科学学报2009,27(6)9.王进.王锡良.尚艳伟带状线SIR电容、电感交替耦合滤波器的设计[会议论文]-200710.黄好强.HUANGHao-qiang大功率腔体滤波器优化设计[期刊论文]-河北省科学院学报2008,25(2)引证文献(1条)1.龚文斌一种新型宽阻带管状带通滤波器的设计[期刊论文]-电讯技术2011(10)本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzkj200910002.aspx