腔體滤波器功率容量研究.docVIP

腔体带通滤波器功率容量预测方法 摘要——本文介绍了一种新的带通腔体滤波器功率容量的预测方法。对于一个给定的滤波器结构，在输入功率固定的条件下，每一个腔体的储能与输入功率有固定的比例关系；滤波器腔体储能又与腔体中电场的最大场强之间有特定的比例关系。因此，滤波器的输入功率与滤波器腔体最大场强之间可以建立直接联系。 关键词 带通 腔体滤波器 功率容量 储能 输入功率 1 引 言 关于滤波器的功率容量问题由来已久。随着未来3G与4G系统的诞生，滤波器性能也将不段提高。对于功率的要求显得越发重要。正确预测滤波器的功率容量，能够避免在滤波器投入使用时因功率过大造成击穿。带来不必要的损失。在文献[1]中，给出了一种计算谐振腔储能与场强之间的关系，进而计算滤波器的功率容限。但是其只能针对特定腔体进行计算。文献[2]中，讨论了群时延与功率容量的关系，但其计算复杂。本文根据前人的经验，结合滤波器等效电路与单谐振腔模型，对滤波器功率容量问题做了准确的预测，能够更方便的指导工程应用。 2 谐振器储能与最大场强的关系 谐振腔的固有品质因数定义为谐振腔处于谐振状态时，腔内的总储能与一个周期内腔体的损耗之比： (1) 其中的W表示谐振器的总的储能，表示谐振腔在一个周期中的能量损耗，表示一个周期内谐振腔的平均功率损耗。对于储能W来说，是电场储能与磁场储能的总和： W=We+Wm (2) 由于谐振腔内电磁场以纯驻波的形式存在，电场和磁场之间有的相位差，这就是说，当腔内电场在某一时刻达到最大值时，磁场将为零，而电场最大，经过四分之一个周期后，电场达到最大值，磁场为零。因此，储能的表达式又可以写成： （3） （4） 通过（4）式，又可以得到储能与平均功耗之间的关系： （5） 在具体的腔体结构中，电场的分布是与腔体的结构存在关系的。将电场的分布表示为如下形式： （6） 其中为电场的最大值，为一个分布函数，表征电场的分布特性，=1。上式中的会随着激励功率的增加而改变，则不会随激励功率的增加而变化。将式（14）代入（6）中可以得到： （7） 令 （8） 因此，腔体储能与最大场强可得如下关系： （9） 3 系统输入功率与腔体储能的关系 根据（8），能够得出其耗散功率表达式： （10） 由微波网络理论，一个对称二端口网络得的功率损耗： =W （11） 其中，为第i个腔的谐振频率，为第i个腔的储能，W为腔体在谐振频率时的储能。由此式可以得出输入功率与最大储能之间的关系： （12） （13） 令=，则 （14） 联立（14）， （15） 空气的击穿场强能够由下面的公式确定。 （16） 下面将以一个7阶交叉耦合滤波器为例，来对上述结论加以验证。如图1所示为一个7阶交叉耦合滤波器等效电路。图2为其滤波特性曲线。 图1 滤波器等效电路模型 图2 S参数线 利用 ansoft designer可以在输入功率为1W时，其各个谐振腔的储能。 图3 滤波器各谐振腔储能 图4 滤波器谐振腔 其最大储能分别为J。 若采用图4所示腔体作为滤波器谐振腔,利用CST MICROWAVE STUDIO,能够求出其储能为1J时最大场强。将其代入（9）中，能够得出的值。 常温常压下，空气的击穿场强为。将、、的值带入式（18）中，在通带内所能承受的最大功率为=W。所预测承受功率与文献[4]中结果基本相同。 4 不同拓扑结构对功率容量的影响 有同样频率响应的滤波器，若采取不