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1、管状同轴滤波器设计,序 言,通常，管状同轴滤波器是一种在无线通讯甚高频（VHF）和超高频（UHF）频段使用的滤波器结构。其主要优点是结构紧凑、插入损耗小、带外隔离高、寄生通带远、功率容量大和便于安装。但是，最近有国外厂商在网站上宣称管状滤波器可以覆盖从超短波波段到X波段，相对带宽从2%-50%这样一个宽的范围。因此，我们需要对这种类型的滤波器引起关注。由于这种滤波器结构比较特殊。它是一种半集中参数的结构。因此，它的设计方法与集中参数滤波器和分布参数滤波器都有区别。这种滤波器比较成功的设计方法是曲线拟合比较法和优化方法。管状滤波器可以做成带通、低通、高通和带阻类型。,管状滤波器样品,管状滤波器内
2、部结构,管状滤波器典型技术指标,管状带通滤波器的拓扑结构,管状带通滤波器的电路拓扑结构有两种类型。一种电路拓扑结构的第一个元件是并联电容。另外一种电路拓扑结构的第一个元件是串联电感。,拓扑类型（a）,拓扑类型（b）,拓扑结构(a)的结构形式,这种电路拓扑结构被广泛用于窄带滤波器设计。它既可以用于管状滤波器设计，也被用于微带线窄带滤波器设计。,拓扑结构(a)综合过程,低通原型,中间段的等效电路,Kij,Ki+1j+1,Kij,Ki+1j+1,2Cs,2Cs,-jKij,-jKij,2Cs,2Cs,jKij,-jKi+1j+1,-jKi+1j+1,jKi+1j+1,Ls,Ls,K,Ls值的选定受K
3、ij-2Cs0的限制。,中间段的等效电路(续),根据T形到形（星形）等效电路的计算公式，得,C1,C1,C0,Cij,Cpij,Cpij,Cs须满足的第二个条件。,选择Ls须满足的条件。,端部等效电路,端部为容性耦合的电路结构，不能直接使用变换器等效。需要变换成如下的电路形式。,端部等效电路(续1),如果，令 得到两个等式（实部，虚部）。由两个等式可以解出 , 和 。但是由这两个方程式确定 ， 和 是不完备的，也就是说解不是唯一的。存在多种可能的解。通常，为了方便加工，可以选择一组 和 接近 的解作为最后的解。,端部等效电路(续2),如果，令 。并且由 得到两个等式（实部，虚部）。有两个等式可
4、以解出 和 这个解就是唯一的。,综合步骤（1）,综合设计有两种选择，一种是先选定Ls，并在综合过程中保持Ls不变。另外一种是选择是先选定 ， 并且令所有的 只都相等。这里介绍第一种选择的设计过程。先选定串联电感Ls（令所有电感值相等）。根据设计指标要求的中心角频率0，工作带宽计算相对带宽FBW。计算其中，gi和c是n阶低通滤波器原型的元件值和截止频率。,综合步骤（2）,计算 。其中，gi和c是n阶低通滤波器原型的元件值和截止频率。,综合步骤（3）,确定中间各级相邻电感之间串联电容Ci，j+1和Cpi，j+1。,综合步骤（4）,确定滤波器源端的电容Cp0，C0，1和Cp1，可以先选定其中一个电容
5、的值。根据前面的方程确定其它两个电容的值。通常，可以把Cp0和Cp1的值选在Cpi，j+1的值附近。,综合步骤（4）,在滤波器为非对称结构时，还需要确定负载端的电容值Cpn+1，Cnn+1和Cpn。,设计实例（1）,主要设计指标：通带范围：回波损耗：RL=-20dB阻带抑制：设计过程确定切比雪夫低通原型：计算中心频率计算截止频率由于， 故令，,设计实例（1）,在理想条件下， ，有，从而将回波损耗转化为通带内的最大衰减。代入计算公式：所以取n=4。把n和Lar的值代入可以求出切比雪夫低通原型滤波器的归一化值。,设计实例（2）,电路结构综合：假设管状滤波器结构对称，且端接50欧姆匹配负载，即：选定
6、串联电感均为 。,设计实例（3）,计算 和 ：这里用优化方法确定 ， 和 。这里把它们的初值选为：,优化用电路图,优化用电路图优化结果：,优化结果,计算同轴线阶梯电容,分别用高阻抗线和低阻抗线实现串联电感和并联电容。假定同轴线外导体的半径为4.5mm，高阻抗线内导体的半径为0.5mm。低阻抗线内导体的半径为4mm。50欧姆传输线的内导体半径为1.95mm。阶跃电容Cd可以用下式计算：其中：,50到高阻线阶跃电容：,低阻线到高阻线阶跃电容：,高阻抗线等效电路低阻抗线等效电路,高/低阻抗线等效电路,同轴结构的等效电路,计算电感,假定同轴线外导体的半径为4.5mm，内导体的半径为0.5mm。同轴线的特性阻抗为：,计算并联电容,假定同轴线外导体的半径为4.5mm，内导体的半径为4mm。同轴线的特性阻抗为：,计算串联电容,计算结果,C,三维仿真结果,
