滤波器9-现代滤波器设计20120510

ResearchInstituteofAntenna&RFTechniques第9讲现代RF滤波器设计陈付昌，涂治红华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所TEL:22236201-604Email:[e-mail]现代射频滤波器理论与设计ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology第9讲内容引言具有1对有限传输零点的滤波器设计CQ(CascadedQuadruplet)滤波器设计CT(CascadedTriplet)滤波器设计ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology随着无线通信的个人化、宽带化，人性化和高性能发展，通信系统对滤波器的技术要求（包括矩形度、体积和重量等）越来越严格。引入具有有限传输零点的滤波器是目前最常用的选择，通常采用广义Chebyshev函数实现。9.1引言ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology频率划分GSM900/1800频段基站收、移动台发基站发、移动台收GSM900/1800频段900MHz频段890-915MHz935-960MHz1800MHz频段1710-1785MHz1805-1880MHz中国移动的频段900MHz频段890-909MHz935-954MHz1800MHz频段1710-1720MHz1805-1815MHz中国联通的频段900MHz频段909-915MHz954-960MHz1800MHz频段1745-1755MHz1840-1855MHz双工收发间隔（1）在900MHz频段，双工收发间隔为45MHz（2）在1800MHz频段，双工收发间隔为95MHzResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology具有有限传输零点的滤波器优点：减少谐振腔个数；降低设计成本；减小滤波器体积；减小滤波器重量。缺点：综合设计具有一定难度；结构和调谐都相对复杂。ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology现代滤波器综合方法分成3类：直接综合法：具有1对传输零点的滤波器综合法CQ和CT结构滤波器。电路综合法：Atia和Williams针对规范结构的滤波器提出电路综合法。Cameron对其进行改进。优化法：根据指标，对已知结构的耦合矩阵和外部Q值进行优化。ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology9.2具有1对传输零点的滤波器设计滤波器特性滤波器综合滤波器分析微带滤波器实现ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology具有1对有限传输零点的广义Chebyshev传输函数Chebyshev传输函数221221011111(),1()10111()cosh(2)cosh()cosh()cosh()RLnaanaaSFFn9.2.1滤波器特性2212210111(),1()101()coshcosh()RLnnSFFnResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology低通到带通的频率变换带通滤波器传输零点1ooFBW21214242aaaoaaaoFBWFBWFBWFBWResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnologyR.Levy：直接在Chebyshev滤波器上引入1对有限传输零点，采用非相邻谐振器间耦合实现。9.2.2滤波器综合ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology设计步骤：Step1：直接从Chebyshev滤波器元件值开始。112212212sin2(21)(23)4sinsin22,1,2,,/2(1)sin11sinhsinh11/0iimmngiinnggimmninnSSmJSmJ是偶数是奇数（传统Chebyshev滤波器）ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnologyStep2：为了引入传输零点，要求Jm-1。Step3：为了保证滤波器设计的指标要求，需要对Jm-1进行修正。Step4：重复Step2和Step3，不断修正Jm-1直到满足要求。122mmammJJgJ11mmmmJJJJResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology优点：综合方法简单对高选择性滤波器很适用。缺点：精度不够,尤其是对传输零点非常靠近通带的时候，该方法会失效。精确的设计公式ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology1,1,1,111,21,1,1eieoiininiiimmmmmmmmgQQFBWFBWMMimggFBWJMgFBWJMg耦合系数外部Q值结构带通滤波器设计指标ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology9.2.3滤波器分析滤波器响应当滤波器沿对称面短路或开路时，可得到交叉导纳变换器±Jm-1和±Jm。所以Yo和Ye为：2111()()()1()1()1()()()1()1()oeoeoeoeYYSYYYYSYY112211221()1()eoYjgJjgJYjgJjgJn=4ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology121112116,8,,/21()111()11emmmmommmmNmnYjgjgjgJjgJYjgjgjgJjgJResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology求解传输零点21()0S()()0oeYY111111()()()()ammammammammjgJjgJjgJjgJ211mammmJJgJResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology9.2.4微带滤波器实现1对传输零点的微带滤波器ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology8阶微带滤波器设计指标：中心频率985MHz通带带宽10.359%40dB反射带宽125.5MHz通带内回波损耗–20dB举例ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology物理实现:采用介电常数10.8,厚度1.27mm微带板。单个谐振器采用宽度1.5mm.尺寸12×12mm的开路环实现。谐振器间耦合尺寸采用第6讲方法可以得到。1232003求解步骤将传输零点带入，得各参数g1=1.02761,g2=1.46561,g3=1.99184,g4=1.86441,J3=–0.33681,J4=1.3013.耦合系数和外部Q值M1,2=M7,8=0.08441M2,3=M6,7=0.06063M3,4=M5,6=0.05375M4,5=0.0723M3,6=-0.01752Qei=Qeo=9.920274根据指标选取传输零点Ω=±1.2645ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology9.3CQ滤波器设计引入1对以上的传输零点能够满足更高要求的滤波器设计。可采用CQ滤波器实现。优点：结构简单；每个交叉耦合互不影响；方便设计和调谐。ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology耦合M14和M23符号不同，产生1对有限传输零点。耦合M58和M67符号不同，产生1对有限传输零点耦合M14和M23符号不同，产生1对有限传输零点。耦合M58和M67符号相同，产生1对复数传输零点，改善滤波器群延迟特性。ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology举例8阶微带CQ滤波器设计指标：通带通带：820~880MHz回波损耗：20dB50dB处的反射带宽：77.5MHz65dB处的反射带宽：100MHz设计步骤：Step1：根据指标选取两对传输零点，其归一化位置为p=±j1.3202和p=±j1.7942。滤波器结构如下：ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnologyStep2：通过优化得到归一化耦合矩阵和外部Q值：ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnologyStep3：根据[m]=[M]/FBW，得到：ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnologyStep4：采用基片介电常数10.8，厚度1.27mm。开路环谐振器宽度3.0mm，尺寸20mm×20mmResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology9.4CT滤波器设计CT滤波器特性CT单元微带滤波器实现ResearchInstituteofAntenna&RFTechniquesSouthChinaUniversityofTechnology每个CT单元由带有1