交叉耦合滤波器设计正文

- 1 - 第一章 滤波器简介和设计思想 1、滤波器概念和简介 滤波器是通信工程中常用的重要器件，它对信号具有频率选择性，在通信系统中通过或阻断、分开或合成某些频率的信号。虽然滤波器的物理实现形式多种多样，但其等效电路网络的拓扑结构是相同的。 显然，滤波器的设计要根据各种因素综合考虑。通常的，滤波器设计中考虑的主要因素有：  体积和重量  品质因数 Q  带宽  调谐范围  耦合结构  功率容量  造价 根据不同的波段和应用，各种形式的滤波器可以简单的列表见表 1.1，其滤波器实物见图 1.1。 表 1.1 滤波器工程应用 频段 UHF L/S C X/Ku Ka 工艺 SAW 螺旋 介质 梳状 平面 波导 梳状 SAW 介质 平面 高温超导 波导 介质 波导 高温超导 平面 梳状 介质 波导 平面 波导 介质 平面 应用 移动通信 卫星通信 PCS 卫星通信 MMDS 卫星通信 卫星通信 链接 LMDS 卫星 - 2 - 图1.1 不同形式的滤波器实物照片 2、综合，还是优化 传统的滤波器设计，采用网络综合的方法。所谓网络综合，是预先规定元器件特性而用网络去实现的一个过程。它大致包括三个步骤：提出目标，即理想响应；选用可能的函数去逼近理想响应；设法实现具有逼近函数特性的网络。由于采用的逼近函数不同，一般有 Butterworth 综合、Chebyshev 综合、椭圆函数综合等滤波器设计方法。 计算机技术的不断发展为滤波器优化设计提供了可能。是采用综合的方法，还是采用优化的方法完成滤波器设计呢？它们各自的特点见表1.2。 - 3 - 表1.2 综合与优化设计方法的比较 综 合 优 化 明确的数学和物理意义 可能是最优的 有效的 需要特定的函数 有时是困难和耗时的 理论较少，更实际 公式简单 适应市场需要 非特定规划的 可能是低效率、耗时和非唯一的 近年来，随着计算机计算能力的急剧提高和全波电磁仿真软件（如 Ansoft）的大力发展，优化的方法好像越来越有效和简单。但是，无论计算能力多么巨大，仿真软件如何优秀，单纯地依赖优化的方法仍然有其固有的局限性。首先，优化的方法需要确定优化的变量和代价函数，通常代价函数可以采用实际响应和理想响应的差距，而优化变量的确定就复杂得多，实际中常常是已确定网络的拓扑，优化元件值；或者已确定基本的结构优化物理尺寸等等。也就是说，无法凭空优化，而如何得到优化前预先确定的部分呢？其次，优化的代价可以分为两个部...