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求同軸腔體濾波器設(shè)計(jì)入門(mén)?-?無(wú)交叉耦合結(jié)構(gòu)？？

: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2018-07-24

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仿佛記得射頻鐵三角是功率、頻率、和阻抗。涉及射頻電路設(shè)計(jì)，總是離不開(kāi)這三個(gè)要素。那么在濾波器的設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的因素是什么呢？答案是諧振和耦合。無(wú)論什么樣的濾波器，終歸離不開(kāi)諧振和耦合。以通信系統(tǒng)中常見(jiàn)的同軸腔體帶通濾波器為例，諧振就是單腔的諧振，對(duì)于對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)而言，單腔的自耦合為零，換句話說(shuō)，每一個(gè)腔體都諧振在該帶通濾波器的中心頻率上。同軸腔體濾波器的單腔可以被看作是一個(gè)由同軸傳輸線和分布電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振器。那么很容易理解，在諧振頻率的時(shí)候，并聯(lián)諧振器的對(duì)地阻抗為無(wú)窮大，即滿足Z0tan（Bd）=1/wC的條件。此時(shí)，信號(hào)可以無(wú)衰減的從一個(gè)腔耦合到下一個(gè)腔。什么又是耦合呢，耦合指的是諧振器之間電磁場(chǎng)的相互作用，耦合包括級(jí)間耦合和輸入輸出耦合。對(duì)于無(wú)交叉耦合的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，級(jí)間耦合僅僅包涵非相鄰腔之間的耦合。對(duì)于級(jí)間耦合，需要理解阻抗變換器的概念，我記得《現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》上有句話是這么描述的，一個(gè)理想的阻抗變換器，好像是工作在任意頻率上的四分之一波長(zhǎng)變換線一樣。換句話說(shuō)，一個(gè)理想的級(jí)間耦合在任意頻率上都是四分之一波長(zhǎng)的。并不依賴(lài)于頻率而存在。實(shí)際中的耦合當(dāng)然不是這樣，腔間主耦合常常是磁耦合，而交叉耦合濾波器有時(shí)會(huì)用到電耦合。那么通過(guò)電路仿真會(huì)發(fā)現(xiàn)，電耦合和磁耦合對(duì)于帶外抑制的影響是不同的。腔間耦合為磁耦合時(shí)，阻帶高端的抑制度會(huì)優(yōu)于阻帶低端。而電耦合時(shí)，恰恰相反。這是因?yàn)榇篷詈虾碗婑詈隙际且蕾?lài)于頻率的，它們僅僅通帶的在中心頻率處可等效為四分之一波長(zhǎng)線。而帶外則稍有差異。造成了抑制度的差異。那么腔間的耦合如何識(shí)別呢。在HFSS中可以通過(guò)電磁場(chǎng)來(lái)判斷腔間耦合。磁耦合的情況下，在對(duì)稱(chēng)面上磁場(chǎng)是連續(xù)的，電耦合的情況下呢，對(duì)稱(chēng)面上電場(chǎng)是連續(xù)的。這是一種很簡(jiǎn)單的方法適合初學(xué)者。而對(duì)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者對(duì)于常用的耦合都非常熟悉，可以憑經(jīng)驗(yàn)判斷出耦合的方式。最常見(jiàn)的級(jí)間耦合是通過(guò)開(kāi)窗的方式，此時(shí)的耦合是磁耦合，將耦合螺釘深入腔體的內(nèi)部可發(fā)現(xiàn)級(jí)間耦合增強(qiáng)。由于同軸腔的電場(chǎng)集中于開(kāi)路端，而磁場(chǎng)集中于短路端，所以耦合螺釘深入腔體基本不改變磁場(chǎng)分布而減弱了電耦合，因此整體上呈現(xiàn)的作用是增強(qiáng)耦合。對(duì)于通信頻段的濾波器而言，常常擔(dān)心的問(wèn)題是帶寬較寬，耦合量不夠，即使窗口開(kāi)到最大也無(wú)法滿足耦合的需求，這時(shí)候有一些辦法可以增加耦合量。如在腔體底部加一道連莖，或者在蓋板上焊一段銀線U字型銀線等等。輸入輸出耦合也有電耦合和磁耦合兩種: 回答者：網(wǎng)友

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