分布参数滤波器原理及设计方法

发布网友发布时间：2022-12-04 00:49

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热心网友时间：2024-03-20 02:52

    当电路的工作频率比较高（大约300MHz 以上）时，电路的寄生参数（如电容器引脚产生的寄生电感）值不可忽视，甚至占主导作用，集总参数元件不再适用于构造高频电路，而应该用分布参数元件取而代之。虽然分布参数元件和集总参数元件在构造上有很大区别，但是电路的原理是完全一样的。对于滤波器也是如此，理论上，分布参数滤波器设计思路就是先设计出符合指标的集总参数滤波器（LC 滤波器），再将集总参数滤波器中的集总参数元件（电感和电容）用分布参数元件替换即可，但是，实际上并不是这么容易，因为并不存在能等效为纯电容和纯电感这样的分布参数元件，所以用集总参数滤波器通过元件替换的方法得到分布参数滤波器会受到很大*。因此分布参数滤波器设计需要其他方法，本章主要是介绍用耦合矩阵的方法设计滤波器，这种方法是基于上一章介绍的滤波器设计经典方法（即低通原型滤波器转换的方法）基础上发展而来的，用来设计分布参数滤波器很方便。

分布参数元件

    布参数电路是由分布参数元件构成的，这些元件的实质是不同形式的传输线，根据微波技术基础的知识可以通过改变传输线的长度、终端结构（如开路或短路）、横截面来使传输线的端口呈现出不同的输入阻抗，如果将这样的传输线的输入阻抗构造成电抗形式，那么它的端口就有电抗元件（电容或电感）的特征，而滤波器是由电抗元件构成的，所以传输线就可以构成滤波器。本节介绍几种常用的分布参数元件。常见的分布参数电路是微带线和矩形波导，SIW 结构作为波导工作原理的特殊微带线也是分布参数电路的一种.

一般微带线

    微带线立体图如图 3-1 所示，它是传输线的一种，由上导体、介质、下导体组成，介质的作用是隔离上下导体，下导体通常接地，上导体上流过的电流和对地（即下导体）的电压，以及由电流在附近（空气和介质中）产生的电磁场就是微带线传播的信号。微带线上导体的宽度W 、介质厚度 h 和介质的相对介电常数决定了微带线的特征阻抗

微带电感

    比较窄的微带线（即上导体宽度W 较小的微带线）的特征阻抗较大，这样的微带线叫做高阻线，同理，比较宽的微带线叫做低阻线。高阻线可以等效为一个电感，因为它线宽比较窄，容易在空间中产生较多的电磁场，像电感一样储能。

微带电容

    与高阻线可以等效为电感类似，低阻线也可以等效为电容，低阻线可以等效为一个接地电容，因为它线宽比较宽，可以和下导体构成一个平行板电容器。

矩形腔体元件

矩形谐振腔

SIW 结构元件

一般 SIW 结构

SIW 谐振器

    用较密集的金属通孔将微带线围一周，在通孔墙和微带上下导体之间形成一个近似长方体的介质空间，这个空间可以作为矩形谐振器使用，如图 3-3