微带滤波器的设计
微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一，因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。
滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。
1 微带滤波器的原理
微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器
件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。
微带滤波器是在印刷电路板上，根据电路的要求以及频率的分布参数印刷在电路板上的各种不同的线条形成的LC分布参数的滤波器。
2 滤波器的分类
最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。
低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。
高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
按滤波器的频率响应来划分，常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及等；按滤波器的构成元件来划分，则可分为有源型及无源型两类；按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。
巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。
切比雪夫滤波器，又名"车比雪夫滤波器",是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器来自切比雪夫分布，以"切比雪夫"命名，是用以纪念俄罗斯数学家巴夫尼提·列波维其·切比雪夫（ПафнутийЛьвовичЧебышёв）。
3 微带滤波器的设计指标
微带滤波器的设计指标主要包括：
1绝对衰减（Absolute attenuation）：阻带中最大衰减（dB）。
2带宽（band width）：通带的3dB带宽（flow-fhigh）。
带宽（band width）又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹（Hz）来表示。
亦称谱带半宽度（half bandwidth）或有效带宽。无论仪器中光学系统的质量多么高，经单色器单色化后的光总是有一定的波长（宽度）范围，即具有以所指定波长（额定波长）为中心分布的一定波长范围。通带即指最大吸光度值的一半处的谱带宽度。
3中心频率：fc或f0.
每频程的上限与下限频率的几何平均值称为该频程的中心频率。
4截止频率：下降沿3dB点频率。
用来说明电路频率特性指标的特殊频率。当保持电路输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍，或某一特殊额定值时该频率称为截止频率。
5每倍频程衰减（dB/Octave）：离开截止频率一个倍频程衰减（dB）。
6微分时延（differential delay）：两特定频率点群时延之差以ns计。
7群时延（Group delay）：任何离散信号经过滤波器的时延（ns）。
群时延即系统在某频率处的相位（相移）对于频率的变化率。
8插入损耗（insertion loss）：当滤波器与设计要求的负载连接，通带中心衰减，dB 9带内波纹（passband ripple）：在通带内幅度波动，以dB计。
10相移（phase shift）：当信号经过滤波器引起的相移。
11品质因数Q（quality factor）：中心频率与3dB带宽之比。
电学和磁学的量。表征一个储能器件（如电感线圈、电容等）、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。
12反射损耗（Return loss）
13形状系数（shape factor）：定义为。
14止带（stop band或reject band）：对于低通、高通、带通滤波器，指衰减到指定点（如60dB点）的带宽。
工程应用中，一般要求我们重点考虑通带边界频率与通带衰减、阻带边界频率与阻带衰减、通带的输入电压驻波比、通带内相移与群时延、寄生通带。前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类（高通、低通、带通、带阻等）；输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小；群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为 dU/df ,群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真；寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。
4 微带滤波器的设计
通带是两个截止频率之间的频率范围。在截止频率点，输出信号幅值下降到其最大值的0.707倍。
本小节设计一个微带低通滤波器，滤波器的指标如下：
通带截止频率：3GHz.
通带增益：大于-5dB,主要由滤波器的S21参数确定。
阻带增益：在4.5GHz以上小于-48dB,也主要由滤波器的S21参数确定。
通带反射系数：小于-22dB,由滤波器的S11参数确定。
在进行设计时，我们主要是以滤波器的S参数作为优化目标。S21（S12）是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及增益、衰减全都表现在S21（S12）随频率变化的曲线上。S11（S22）参数是输入、输出端口的反射系数，如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。
了解了滤波器的设计原理以及设计指标后，下面开始设计微带低通滤波器。
4.1建立工程
新建工程，选择【File】→【New Project】，系统出现新建工程对话框。在name栏中输入工程名：microstrip_filter,并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard:Length unit--millimet,默认单位为mm,如图12.2所示。单击OK,完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。
4.2原理图和电路参数设计
工程文件创立完毕后，下面介绍微带低通滤波器的原理图设计过程。
1）在原理图设计窗口中选择TLines-Microstrip元件面板列表，窗口左侧的工具栏变为如图12.3所示。并选择6个MLIN、5个MLOC、1个MSUB按照图12-4所示的方式连接起来。
2）设置图12-4中的控件MSUB微带线参数H:基板厚度（0.1 mm）
Er:基板相对介电常数（2.16）
Mur:磁导率（1）
Cond:金属电导率（6.14E+7）
Hu:封装高度（1.0e+33 mm）
T:金属层厚度（0.001 mm）
TanD:损耗角正切（1e-3）
Roungh:表面粗糙度（0 mm）
完成设置的MSUB控件如图12.5所示。
3）滤波器两端的引出线是50 Ohm的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具算出。选择【Tools】→【LineCalc】→【Start LineCalc】命令。在打开的窗口中输入如图12-6所示的内容。
在Substrate Parameters栏中填入与MSUB相同的微带线参数。
在Component Parameters栏中填入中心频率（本例为3.0GHz）。
Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。
Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟，点击Synthesize和Analyze栏中的和箭头，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。本例中Z0为50Ohm,E_Eff为45deg,W为0.31008mm,L为9.18284mm.另外打开的一个窗口显示当前运算状态以及错误信息，如图12.7所示。
4）双击两边的引出线TL1、TL6,分别将其宽与长设为0.31006 mm和1.5 mm.其余的微带线长度设为9.18284,宽度是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量代替，便于后面修改和优化。
双击每个微带线设置参数，W分别设为相应的变量，单位mm.在设置宽度的5个变量时，为了让它们显示在原理图上，要把Display parameter on schematic的选项勾上。设置完变量的原理图如图12.8所示。
5）由于原理图中的MLIN和MLOC的宽度都是变量，因此需要在原理图中添加一个变量控件。单击工具栏上的VAR 图标，把变量控件VAR放置在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次添加各微带线的W参数。
在Name栏中填变量名称，Variable Value栏中填变量的初值，点击Add添加变量，然后单击Tune/Opt/Stat/DOE Setup…按钮设置变量的取值范围，其中的Enabled/Disabled 表示该变量是否能被优化，Minimum Value表示可优化的最小值Maximum Value表示可优化的最大值，如图12.9,12.10所示。
微带滤波器中微带线的变量值及优化范围设置如下。
W1=0.1679 opt{ 0.1 to 2 },表示W1的默认值为0.1679,变化范围为0.1到2.
W2=0.4772 opt{ 0.1 to 2 },表示W2的默认值为0.4772,变化范围为0.1到2.
W3=0.5124 opt{ 0.1 to 2 },表示W3的默认值为0.5124,变化范围为0.1到2.
W4=0.1269 opt{ 0.1 to 2 },表示W4的默认值为0.1269,变化范围为0.1到2.
W5=0.1203 opt{ 0.1 to 2 },表示W5的默认值为0.1203,变化范围为0.1到2.
这样一个完整的微带低通滤波器的电路就完成了，如图12.11所示。
4.3 S参数仿真设置和原理图仿真
在执行仿真之前，先进行S参数仿真设置。
1）S参数仿真设置
在原理图设计窗口中选择S参数仿真工具栏，Simulation-S_Param.选择Term放置在滤波器两边，用来定义端口1和2,并放置两个地，按照图12.12连接好电路。
选择S参数扫描控件放置在原理图中，并设置扫描的频率范围和步长。双击S参数仿真控制器，参数设置如下。
Start=0 GHz,表示频率扫描的起始频率为0 GHz.
Stop=5 GHz,表示频率扫描的终止频率为5 GHz.
Step=0.01 GHz,表示频率扫描的频率间隔为0.01 GHz.
完成参数设置的S参数仿真控制器如图12.13所示。
调整电路原理图和各种控件，最终得到的电路原理图如图12.14所示。
这样就完成了微带低通滤波器S参数的仿真设置，下面开始对滤波器进行仿真。
2）原理图仿真
单击工具栏上的simulate按钮或是点击simulate→simulate,当仿真结束后，系统会自动弹出一个数据显示窗口，在数据显示窗口中插入一个S21参数的矩形图，再点击maker →New,可在图中加一标记，如图12.15所示。从图中可以看出，S21参数曲线是一个低通滤波器的形状，但是与设计指标的要求还有一定的差距。以同样的方式插入一个S11参数的矩形图，加上一个Marker点，如图12.16所示。
4.4参数
由于滤波器的参数并未达到指标要求，因此需要优化电路参数，使之达到设计要求。优化电路参数的具体步骤如下：
1）在原理图设计窗优化电路口中选择优化面板列表optim/stat/Yield/DOE,在列表中选择优化控件optim,双击该控件设置优化方法和优化次数，常用的优化方法有Random（随机）、Gradient（梯度）等。随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛。设置完成的控件如图12.17所示。
2）在优化面板列表中选择优化目标控件Goal放置在原理图中，双击该控件设置其参数，如图12.18所示。
Expr是优化目标名称，其中dB（S（2,1））表示以dB为单位的S21参数的值。
SimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择SP1
Min和Max是优化目标的最小与最大值。
Weight是指优化目标的权重。
RangeVar是优化目标所依赖的变量，这里为频率freq.
RangeMin和RangeMax是上述变量的变化范围。
这里总共设置了三个优化目标，前二个的优化参数都是S21,用来设定滤波器的通带和阻带的频率范围及衰减情况，最后一个的优化参数是S11,用来设定通带内的反射系数（这里要求小于-25dB），具体如图12.19所示。
3）设置完优化目标后把原理图存储一下，然后点击工具栏中的Simulate按钮开始进行优化仿真。在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化的结果（如图12.20），其中的
CurrentEF表示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标，下面还列出了各优化变量的值，当优化结束时还会打开数据显示窗口,如图12.21所示。
需要注意的是在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的Simulate -> Update Optimization Values保存优化后的变量值（在VAR控件上可以看到变量的当前值），否则优化后的值将不保存。
如果一次优化不能满足设计指标要求，根据情况需要对优化目标、优化变量的取值范围、优化方法及次数进行适当的调整，经过数次优化后，当CurrentEf的值为0,即为优化结束。
4）优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。点击原理图工具栏中的按钮，然后点击优化控件OPTIM,则控件上打了红叉表示已经被关掉。
5）点击工具栏中的Simulate按钮进行仿真，仿真结束后会出现数据显示窗口。在数据显示窗口观察滤波器的S11和S21曲线，其结果与优化结果相同。
4.5其他参数
在进行原理图仿真时，还可以看到滤波器的群时延以及输入的电压驻波比等参数。双击S参数控件，在其设置窗口的Parameters选项卡中勾上Group delay选项，就会在仿真时计算群时延。把左侧工具栏设为Simulation-S_param,并把VSWR控件放置在原理图中，即可计算输入驻波比。
VSWR翻译为电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio），一般简称驻波比。电磁波从甲介质传导到乙介质，会由于介质不同，电磁波的能量会有一部分被反射，从而在甲区域形成"行驻波". 电压驻波比，指的就是行驻波的电压峰值与电压谷值之比，此值可以通过反射系数的模值计算： VSWR=（1+反射系数模值）/（1-反射系数模值）。而入射波能量与反射波能量的比值为 1:（反射系数模的平方）由上可知，驻波比越大，反射功率越高，传输效率越低。
要观察这两个参数的曲线，只需在仿真后出现的图形显示窗口中添加delay（2,1）及VSWR的曲线即可。当优化完成后，还可以把S参数仿真的频率范围加大，看看滤波器的寄生通带出现在什么频率上。
4.6 版图的生成与仿真
原理图的仿真是在完全理想的状态下进行的，而实际电路板的制作往往和理论有较大的差距，这就需要我们考虑一些干扰、耦合等外界因素的影响。
先进设计系统（Advanced Design System），简称ADS,是安捷伦科技有限公司（Agilent）为适应竞争形势，为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。软件迅速成为工业设计领域EDA软件的佼佼者，因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力（尤其在射频微波领域），而得到了广大IC设计工作者的支持。 ADS是高频设计的工业领袖。
ADS电子设计自动化功能十分强大，包含时域电路仿真（SPICE-like Simulation）、频域电路仿真（Harmonic Balance、Linear Analysis）、三维电磁仿真（EM Simulation）、通信系统仿真（Communication System Simulation）、数字信号处理仿真设计（DSP）；ADS 支持射频和系统设计工程师开发所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模
块到用于通信和航天/国防的集成MMIC,是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。
1）版图的生成
版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行计算，其结果比在原理图中仿真要准确，但是它的计算比较复杂，需要较长的时间，可作为对原理图设计的验证。
①首先要由原理图生成版图，生成版图前先要把原理图中用于S参数仿真的两个Term 以及接地去掉，不让他们出现在生成的版图中。去掉的方法与前面关掉优化控件的相同，都是使用按钮，把这些元件打上红叉。
②然后点击菜单中的Layout -> Generate/Update Layout,弹出一个设置窗口（如图
12.22），直接点OK,又出现一个窗口（如图12.23），再点OK,完成版图的生成，这时会打开一个显示版图的窗口，里面有刚生成的版图（如图12.24） .
③版图生成后先要设置微带电路的基本参数（即原理图中MSUB里的参数），点击版图窗口菜单中的Momentum -> Substrate -> Update From Schematic从原理图中获得这些参数，点击Momentum -> Substrate -> Create/Modify可以修改这些参数。
④为了进行S参数仿真，需要在滤波器两侧添加两个端口，点击工具栏上的Port按钮，弹出port设置窗口，点击OK关闭该窗口，在滤波器两边要加端口的地方分别点击添加上两个port端口。
2）版图的仿真
①点击Momentum -> Simulation -> S-parameter弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的Sweep Type选择Adaptive,起止频率设为与原理图中相同，采样点数限制取10 （因为仿真很慢，所以点数不要取得太多）。
②仿真运算要进行一段时间，仿真结束后将出现数据显示窗口，观察S11和S21曲线，性能有不同程度的恶化（如图12.25），此处S11的值大概为-24dB,S21的值大概为-48dB,基本达到了指标要求。
③如果版图仿真得到的曲线不满足指标要求，那么要重新回到原理图窗口进行优化仿真，产生这种情况的原因是微带线的宽度取值不合适，可以改变优化变量的初值，也可根据曲线与指标的差别情况适当调整优化目标的参数，重新进行优化。
④在返回原理图重新优化时，要先使刚才打红上叉的部件恢复有效，然后才能进行优化，之后重复前面所述的过程，直到版图仿真的结果达到要求为止。
3）版图的制作
版图的仿真完成后要根据结果用Protel软件或是AutoCAD绘制电路版图，绘制版图时要注意以下几点。
①所用电路板是普通的双层板，上层用来绘制电路，下层整个作为接地。
②在绘制版图时受加工工艺的限制，尺寸精度到0.01 mm即可，线宽和缝隙宽度要大于
0.2mm
微带滤波器的设计复习过程
微带滤波器的设计
解析微带滤波器的设计 微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一，因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。 滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。 1 微带滤波器的原理 微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。 微带滤波器是在印刷电路板上，根据电路的要求以及频率的分布参数印刷在电路板上的各种不同的线条形成的LC分布参数的滤波器。 2 滤波器的分类 最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。
低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 按滤波器的频率响应来划分，常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及等；按滤波器的构成元件来划分，则可分为有源型及无源型两类；按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。 切比雪夫滤波器，又名"车比雪夫滤波器",是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器来自切比雪夫分布，以"切比雪夫"命名，是用以纪念俄罗斯数学家巴夫尼提·列波维其·切比雪夫（ПафнутийЛьвовичЧебышёв）。 3 微带滤波器的设计指标 微带滤波器的设计指标主要包括： 1绝对衰减（Absolute attenuation）：阻带中最大衰减（dB）。 2带宽（band width）：通带的3dB带宽（flow-fhigh）。
微带低通滤波器的设计
微带低通滤波器的设计 朱晶晶 摘要：本文通过对国内外文献的查看和整理，对课题的研究意义及滤波器目前的发展现状做了阐述，然后介绍了微带线的基本理论,以及滤波器的基本结构，归纳了微带滤波器的作用和特点。之后对一个七阶微带低通滤波器进行了详细的研究，最后利用三维电磁场仿真软件ANSYS HFSS 进行仿真验证，经过反复调试，结果显示满足预期的性能指标。 关键字：微带线；低通滤波器；HFSS Abstract:View and finishing this article through to the domestic and foreign literature, the research significance and the filter to the current development status of, and then introduces the basic theory of microstrip line, and the basic structure of the filter, summarizes the function and characteristics of microstrip filter.After a seven step microstrip low-pass filter has carried on the detailed research, the use of 3 d electromagnetic field simulation software ANSYS HFSS simulation verification, after repeated testing, the results show that meet the expected performance index. Key word: microstrip line; low-pass filter; HFSS 1.引言 随着无线通信技术的快速发展，微波滤波器已经被广泛应用于各种通信系统，如卫星通信、微波中继通信、军事电子对抗、毫米波通信、以及微波导航等多种领域，并对微波滤波器的要求也越来越高。滤波器是一种重要的微波通信器件，它具有划分信道、筛选信号的功能，是一种二端口网络。整个通信系统的性能指标直接受它的性能优劣的影响[1]。主要技术指标要求有高阻带抑制、低通带插损、高功率、宽频带和带内平坦群时延等。同时，体积、成本、设计时间也是用户较为关心的话题。滤波器已经成为许多设计问题的关键，微带滤波器的设计技术是无线通信系统中的关键技术。传统方法设计出来的滤波器结构尺寸都比较大，在性能指标上也存在一定程度上的局限性，往往不能够满足现代无线通信系统的要求。目前，微带低通滤波器具有高性能、尺寸较小、易于集成、易于加工等优点因而得到了广泛的应用。 本论文以切比雪夫低通滤波器的研究作为实例，设计出一款七阶的微带低通滤波器，要求符合现代个人移动通信系统多需求的射频产品，覆盖一定的通信频率范围，使之掌握工程开发的相关步骤以及当前技术发展与需求。 2. 微带线的基本理论与参数 ε和导线厚度t、基板的介质损耗角正切函数，接地板和导线所用的金属 (1) 基板参数[2]：基板高度h、基板相对介电常数 r 通常为铜、银、铝。 (2) 电特性参数：特性阻抗、工作频率和波长、波导波长和电长度。 (3) 微带线参数：宽度W、长度L 和微带线单位长度衰减的量AdB。微带线的基本结构如1所示。 （a）结构示意图（b）横截面示意图 图1 微带线结构图 微带滤波器的参数： (1) 带宽 带宽指信号所占据的频带宽度，在被用来描述信道时，带宽是指能够有最大频带宽度。带宽在信息论、无线电、通信、信号处理和波谱学等领域都是一个核心概念。 (2) 带外衰减 由于要抑制无用信号，因此越大的带外衰减特性就越好，此项指标一般取通带外与截止频率为一定比值的某点频率的衰减值[3]。 (3) 通带插损 由于网络端口和元件自身损耗的不良匹配会造成一些能量损耗，造成在通带内引入的噪声过高以至于有用信号通过系统后产生信号失真，为了解决通信系统的这方面问题，就用插损IL 来表示滤波器的损耗特性。 (4) 带内驻波 滤波器的输入端口和输出端口与外加阻抗匹配的程度由带内驻波表示。驻波越小则说明匹配越好，反过来，则不然。 3. 运用HFSS 软件进行设计模拟仿真 3.1 微带低通滤波器的设计参数 滤波器工作频段：f1 =10MHz—f2=2500MHz =0.1dB 滤波器通带衰减：L Ar 滤波器带外抑制：在3500～5000MHz 的频率之间有35dB 的衰减 滤波器输入、输出端微带线特性阻抗：Z0=50 ε=3.66mm，h=0.508mm，t=0.004 所选介质基板指标为： r 可以计算得到7 阶切比雪夫低通滤波电路各微带传输线的结构参数[4-5]得到各尺寸如表1所示：
微带线带通滤波器ADS设计
应用ADS设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线地基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多地微波滤波器,但适合微带结构地带通滤波器结构就不是那么多了,这是由于微带线本身地局限性,因为微带结构是个平面电路,中心导带必须制作在一个平面基片上,这样所有地具有串联短截线地滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制,因而所有具有短路短截线和谐振器地滤波器也不太适合于微带结构.b5E2RGbCAP 微带线带通滤波器地电路结构地主要形式有5种： 1、电容间隙耦合滤波器 带宽较窄,在微波低端上显得太长,不够紧凑,在2GHz以上有辐射损耗. 2、平行耦合微带线带通滤波器 窄带滤波器,有5％到25％地相对带宽,能够精确设计,常为人们所乐用.但其在微波低端显得过长,结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小,实现比较困难.p1EanqFDPw
3、发夹线带通滤波器 把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成.这种滤波器由于容易激起表面波,性能不够理想,故常把它与耦合谐振器混合来用,以防止表面波地直接耦合.这种滤波器地精确设计较难.DXDiTa9E3d 4、1/4波长短路短截线滤波器 5、半波长开路短截线滤波器
下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器地设计,这里只对其整个设计过程和方法进行简单地介绍. 2、平行耦合线微带带通滤波器 平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成地,它不要求对地连接,结构简单,易于实现,是一种应用广泛地滤波器.整个电路可以印制在很薄地介质基片上(可以簿到1mm以下>,故其横截面尺寸比波导、同轴线结构地小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟,但采用高介电常数地介质基片,使线上地波长比自由空间小了几倍,同样可以减小；此外,整个微带电路元件共用接地板,只需由导体带条构成电路图形,结构大为紧凑,从而大大减小了体积和重量.RTCrpUDGiT 关于平行耦合线微带带通滤波器地设计方法,已有不少资料予以介绍.但是,在设计过程中发现,到目前为止所查阅到地各种文献,还没有一种能够做到准确设计.在经典地工程设计中,为避免繁杂地运算,一般只采用简化公式并查阅图表,这就造成较大地误差.而使用电子计算机进行辅助设计时,则可以力求数学模型精确,而不追求过分地简化.基于实际设计地需要,我对于平行耦合线微带带通滤波器地准确设计进行研究,编制了计算机辅助设计地小程序<附上）,并利用
微带低通滤波器的设计与仿真
微带低通滤波器的设计与仿真 分类： 电路设计 嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波 器。现把它放到网上，以供大家参考。 带低通滤波器的设计 一、题目 第三题：低通滤波器的设计 f < 800MHz ；通带插入损耗 ；带外 100MHz 损耗 ；特性阻抗 Z0=50 Ohm 。 二、设计过程 1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为 f < 800MHz ;通带插入损耗；带外100MHz 损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。 介质材料：介电常数 ￡r = 2.65，板厚 1mm 。 2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的 宽度及长度，确保各段长度均小于 X /8(入为带内波长)。 3、设计过程： (1)确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器， ?s = fs/fc = 1.82 , ?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB , Ls >= 30，查表得N=5,原型滤波器的归 一化元件参数值如下： g1 = g5 = 1 .3394， g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1 .0000。 该滤波器的电路图如图 1 所示： O H 技术参数： 仿真软件： HFSS 、 ADS 或 IE3D 介质材料： 介电常数 ￡ r = 2.65板厚1mm
(2)计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50?，则有 C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*8*10^8*50) = 5.3293pF , C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*8*10^8*50)= 8.6182pF , L2 = L4 = Z0*g2/(2* pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*8*10^8) = 13.2994nH。 (3)计算微带低通滤波器的实际尺寸: 设低阻抗(电容)为Z0I = 15?。 经过计算可得W/d = 12.3656, ￡ e = 2.443,贝U 微带宽度W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm , 各段长度I1 = I5 = Z0I*V pl *C1 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12 =15.3412mm， I3 = Z0I*V pl*C3 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12 =24.8088mm， 可知各段均小于入/8符合要求。 设高阻抗(电感)为Z0h = 95? 。 经过计算可得W/d =0.85，￡ e = 2.0402则 微带宽度W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm ， 各段长度l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm ， 带内波长入=Vpl/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*8*10^8) = 262.5396mm,入/8 = 32.8175mm 可知各段均小于入/8符合要求。
带通滤波器的设计
目录 一．设计概述 二．设计任务及要求 2.1 设计任务 2.2 设计要求 三．设计方案 3.1设计结构 3.2元件参数的理论推导 3.3仿真电路构建 3.4仿真电路分析四．所用器件 五．实验结果 5.1 实验数据记录 5.2 实验数据分析六．实验总结 6.1 遇到的主要问题 6.2 解决问题的措施 6.3 实验反思与收获 附图 参考文献
一．设计概述 根据允许的通过的频率范围，可以将滤波器分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器4种。其中，带通滤波器是指允许某一频率范围内的频率分量通过，其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。 在滤波器中，信号能够通过的范围成为通频带或通带，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围成为阻带，通带和阻带之间的界限称为截止频率。对于一个理想的带通滤波器，通带范围内则完全平坦，对传输信号基本没有增益的衰减作用，其次，通带之外的所有频率均能被完全衰减掉，通带和阻带之间存在一定的过渡带。 在带通滤波器的实际设计过程中，主要参数包括中心频率f0,频带宽度BW，上限截止频率fH和下限截止频率fL。一般情况下，为使滤波器在任意频段都具有良好的频率分辨能力，可采用固定带宽带通滤波器（如收音机的选频）。所选带宽越窄，则频率选择能力越高。但为了覆盖所要检测的整个频率范围，所需要的滤波器数量就很大。因此，在很多场合，固定带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的，而是利用一个参考信号，使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化，其中，参考信号是由信号发生器提供的。上述可便中心频率的固定带宽带通滤波器，经常用于滤波和扫描跟踪滤波应用中。 二．设计任务及要求 1）设计任务 带通滤波器的设计方案有很多，本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器，通过多级反馈，减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测滤波电路的通带特性，设计一个带宽检测电路，通过发光二极管的亮灭近似检测电路的带宽范围。 设计要求 2）设计要求 （1）性能指标要求 1.输入信号：有效值为1V的电压信号。 2.输出信号中心频率f0通过开关切换，分别为500Hz 1.5KHz 3KHz 10KHz 误差10%。 3.带通滤波器带宽BW
平行耦合微带带通滤波器设计
研 究 生 课 程 论 文 (2015-2016学年第一学期) 射频电路分析与设计 研究生：
说明 1、课程论文要有题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及参考文献。论文题目由研究生结合课程所学内容选定；摘要500字以下，博士生课程论文要求有英文摘要；关键词3～5个；参考文献不少于10篇，并应有一定的外文文献。 2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上下载的，或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计0分。 3、课程论文用A4纸双面打印。字体全部用宋体简体，题目要求用小二号字加粗，标题行要求用小四号字加粗，正文内容要求用小四号字；经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体全部用Times New Roman，题目要求用18号字加粗；标题行要求用14号字加粗，正文内容要求用12号字；行距为2倍行距（方便教师批注）；页边距左为3cm、右为2cm、上为 2.5cm、下为2.5cm；其它格式请参照学位论文要求。 4、学位类别按博士、硕士、工程硕士、MBA、MPA等填写。 5、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。
基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器 摘要：介绍了平行耦合微带线带通滤波器设计的基本原理，使用安捷伦公司的ADS电磁仿真软件具体设计了一个通带范围为4.8GHz至5.2GHz的一个带通滤波器。该带通滤波器的通带内的插入损耗低于3dB,相对相速度是真空中电磁波传播速度的60%，2倍的归一化频率处的衰减低于50dB,输入输出阻抗均设置成了50 ，设计达到了给定的指标要求。 关键词：ADS 带通滤波器平行耦合微带线 一、平行耦合微带线带通滤波器的基本原理：
(整理)带通滤波器设计
实验八 有源滤波器的设计 一．实验目的 1． 学习有源滤波器的设计方法。 2． 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3． 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二．预习要求 1． 根据滤波器的技术指标要求，选用滤波器电路，计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果，写出设计报告。 3. 制定出实验方案，选择实验用的仪器设备。 三．设计方法 有源滤波器的形式有好几种，下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为： n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω ， n=1，2，3，. . . （1） 写成： n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω （2） )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数，ωC A uo 为截止角频率，n 称为滤波器的阶。从（2） 式中可知，当ω=0时，（2）式有最大值1； 0.707A uo ω=ωC 时，（2）式等于0.707，即A u 衰减了3dB ；n 取得越大，随着ω的增加，滤波器的输出电压衰减越快，滤波器的幅频特性越接近于理想特性。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时， n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( （3） 图1低通滤波器的幅频特性曲线
两边取对数，得： lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ （4） 此时阻带衰减速率为： -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频，该式称为衰减估算式。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中，S L = c s ω，ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器，其传递函数： c c uo u s A s A ωω+= )( （5） 归一化的传递函数： 1 )(+= L uo L u s A s A （6） 对于二阶低通滤波器，其传递函数：2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = （7） 归一化后的传递函数： 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A （8） 由表1可以看出，任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器，可以由2n 节二阶滤波器级联而成；而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二
小型微带带通滤波器的设计
第34卷第6期中 国 科 学 技 术 大 学 学 报V ol.34,N o.6 2004年12月JOURNAL OF UNIVERSIT Y OF SCIENCE AN D TECHN OLOG Y OF CHINA Dec.2004文章编号:025322778(2004)0620732207 小型微带带通滤波器的设计Ξ 张 军,朱 旗,张华亮,黎 洋 (中国科学技术大学电子工程与信息科学系,安徽合肥230027) 摘要:利用多条微带线间的耦合增加滤波器内部的耦合度,提出一种小型窄带带通滤波器的设计;从微带线的等效分布电感电容出发,结合模拟和试验结果以及滤波器结构参数对滤波特性的影响,提出该滤波器的等效LC电路模型以及计算中心工作频率的经验公式.数值模拟和试验结果验证了该设计思想. 关键词:带通滤波器;小型化;类交趾滤波器 中图分类号:T N8;T N92 文献标识码:A 0 引言 传统微带线结构的微波器件在低频段应用时,面积仍较大.例如在“蓝牙”技术2.4G H z 频段处,传统微带结构的滤波器和微带天线的长度仍大于12厘米,显然难以应用到移动通讯中.因而研究小型化的微波器件已成为微波技术发展的必然.近年来,多模微带滤波器[1～4]、类交趾滤波器[5]由于具有尺寸小、重量轻、低成本等特点取得了一定的发展,但仍存在着面积较大、增益不高等问题.注意到增加滤波器结构中微带线间的有效耦合面积,可以提高滤波器内部的耦合度,从而达到减小滤波器面积的目的.本文提出一种小型的微带带通滤波器设计.在该设计中,采用多个相互耦合微带线以提高滤波器的耦合度,降低了滤波器的面积,同时,从微带线的等效分布电感、电容出发,结合模拟和试验结果,提出了该类滤波器的等效LC电路,并分析了结构参数对滤波特性的影响,给出了计算该类滤波器中心工作频率的经验公式,数值计算和实验验证了本文的设计思想. 1 理论分析 图1所示电路具有带通滤波器功能.为利用微带线设计带通滤波器,首先分别用不同结构的微带线来实现图1中的电感和电容元件.图2、3分别实现电容和电感,其值由[6]可得,分别为 L(nH)=2×10-7l ln l W+t +1.193+0.2235 W+t l ?K g(1) Ξ收稿日期:2003207207 作者简介:张军,男,1980年生,学士.研究方向:微带天线,微波电路.E2mail:jzhang6@https://www.360docs.net/doc/761858933.html,
基于ADS的微带滤波器设计
基于ADS的微带滤波器设计 微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号, 使其不能通过滤波器, 只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一，因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。1 微带滤波器的原理微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。2 滤波器的分类最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。按滤波器的频率响应来划分，常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及椭圆型等；按滤波器的构成元件来划分，则可分为有源型及无源型两类；按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。3 微带滤波器的设计指标微带滤波器的设计指标主要包括：1绝对衰减（Absolute attenuation）：阻带中最大衰减（dB）。 2带宽（Bandwidth）：通带的3dB带宽（flow—fhigh）。3中心频率：fc或f0。4截止频率。下降沿3dB点频率。5每倍频程衰减（dB/Octave）：离开截止频率一个倍频程衰减（dB）。 6微分时延（differential delay）：两特定频率点群时延之差以ns计。 7群时延（Group delay）：任何离散信号经过滤波器的时延（ns）。8插入损耗（insertion loss）：当滤波器与设计要求的负载连接，通带中心衰减，dB 9带内波纹（passband ripple）：在通带内幅度波动，以dB计。10相移（phase shift）：当信号经过滤波器引起的相移。 11品质因数Q（quality factor）：中心频率与3dB带宽之比。 12反射损耗（Return loss） 13形状系数（shape factor）：定义为。 14止带（stop band或reject band）：对于低通、高通、带通滤波器，指衰减到指定点（如60dB点）的带宽。工程应用中，一般要求我们重点考虑通带边界频率与通带衰减、阻带边界频率与阻带衰减、通带的输入电压驻波比、通带内相移与群时延、寄生通带。前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类(高通、低通、带通、带阻等)；输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小；群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为 dU/df ，群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真；寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。4 微带滤波器的设计本小节设计一个微带低通滤波器，滤波器的指标如下：通带截止频率：3GHz。通带增益：大于-5dB，主要由滤波器的S21参数确定。阻带增益：在4.5GHz以上小于-48dB，也主要由滤波器的S21参数确定。通带反射系数：小于-22dB，由滤波器的S11参数确定。在进行设计时，我们主要是以滤波器的S参数作为优化目标。S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及增益、衰减全都表现在S21(S12)随频率变化的曲线上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。了解了滤波器的设计原理以及设计指标后，下面开始设计微带低通滤波器。4.1建立工程新建工程，选择【File】→【New Project】，系统出现新建工程对话框。在name栏中输入工程名：microstrip_filter，并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard：Length unit——millimet，默认单位为mm，。单击OK，完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。4.2原理图和电路参数设计工程文件创立完毕后，下面介绍微带低通滤波
有源带通滤波器设计
二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路，它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等，目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成，60年代以来，集成运放获得迅速发展，由它和R、C组成的有源滤波电路，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高，输出阻抗比较低，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应，常把能够通过信号的频率范围定义为通带，而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布，滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例，介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成，组成电路选用LM324不仅可以滤波，还可以进行放大。 关键字：带通滤波器 LM324 RC网络
目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)
微带低通滤波器的设计与仿真
微带低通滤波器的设计与仿真 分类：电路设计 嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波器。现把它放到网上，以供大家参考。 带低通滤波器的设计 一、题目 第三题：低通滤波器的设计 技术参数：f < 800MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm。 仿真软件：HFSS、ADS或IE3D 介质材料：介电常数εr = 2.65，板厚1mm 二、设计过程 1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为f < 800MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。介质材料：介电常数εr = 2.65，板厚1mm。 2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的宽度及长度，确保各段长度均小于λ/8（λ为带内波长）。 3、设计过程： （1）确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器，?s = fs/fc = 1.82，?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB，Ls >= 30，查表得N=5，原型滤波器的归一化元件参数值如下： g1 = g5 = 1.3394，g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1.0000。 该滤波器的电路图如图1所示：
图1 （2）计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50?，则有 C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*8*10^8*50) = 5.3293pF， C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*8*10^8*50) = 8.6182pF， L2 = L4 = Z0*g2/(2*pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*8*10^8) = 13.2994nH。（3）计算微带低通滤波器的实际尺寸： 设低阻抗（电容）为Z0l = 15?。 经过计算可得W/d = 12.3656，εe = 2.4437，则 微带宽度 W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm， 各段长度l1 = l5 = Z0l*Vpl*C1 = 15* 3*10^11/sqrt(2.4437)*5.3293*10^-12 = 15.3412mm， l3 = Z0l*Vpl*C3 = 15* 3*10^11/sqrt(2.4437)*8.6182*10^-12 = 24.8088mm，
HFSS13微带滤波器教程
HFSS13微带滤波器教程 本例设计一个带通滤波器，通过微带线结构实现，工作频率覆盖5.4GHz-6.2GHz。选用基板材料为Rogers 4350,其相对介电常数为 3.66，厚度为h=0.508mm，金属覆铜厚度h1=0.018mm， 表1 模型初始尺寸 W1=0.8mm L1=7.2mm h=0.508mm h1=0.018mm S1=0.14mm S2=0.6mm L2=7.1mm W2=1.1mm W0=1.1mm L0=5mm a=6mm b=17mm 设计步骤（以HFSS13.0为例） 一开始
（一）建立工程 1.在HFSS窗口中，选择菜单File->New 2.从Project菜单中，选择Insert HFSS Design （二）设计求解模式 1.选择菜单HFSS->Solution Type 2.在Solution Type窗口，选择Driven Modal,点击OK
二建立3D模型 （一）定义单位并输入参数表 1.选择菜单Modeler->Units 2.设置模型单位：mm，点击OK 3.选择菜单栏HFSS->Design Properties再弹出的窗口中，点ADD添加参量，将上面模型的参数表中的变量全部添加进去，如下图：
（二）创建金属板R1 1.在菜单栏中点击Draw->Box,创建Box1 2.双击模型窗口左侧的Box1，改名为R1，再点击Material 后面按钮，选择Edit，选择Copper，点击确定。 3.双击左侧R1的子目录Createbox，修改金属板大小及厚度。
Position输入坐标（0mm,0mm,0mm），金属板长L1=7.2mm，宽W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。点击确定。 （三）创建金属板R1_1 1.在菜单栏中点击Draw->Box,创建Box2 2.双击模型窗口左侧的Box2，改名为R1_1，再点击Material 后面按钮，选择Edit，选择Copper，点击确定。 3.双击左侧R1_1的子目录Createbox，修改金属板大小及厚度。Position输入坐标（W1+S1,0mm,0mm），S1=0.14mm，金属板长L1=7.2mm，宽W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。点击确定。 （四）创建金属板R2
微带滤波器的设计
微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一，因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。 滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。 1 微带滤波器的原理 微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。 微带滤波器是在印刷电路板上，根据电路的要求以及频率的分布参数印刷在电路板上的各种不同的线条形成的LC分布参数的滤波器。 2 滤波器的分类 最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图给出了这四种滤波器的特性曲线。
低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 按滤波器的频率响应来划分，常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及等；按滤波器的构成元件来划分，则可分为有源型及无源型两类；按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。 切比雪夫滤波器，又名"车比雪夫滤波器",是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器来自切比雪夫分布，以"切比雪夫"命名，是用以纪念俄罗斯数学家巴夫尼提·列波维其·切比雪夫（ПафнутийЛьвовичЧебышёв）。 3 微带滤波器的设计指标 微带滤波器的设计指标主要包括： 1绝对衰减（Absolute attenuation）：阻带中最大衰减（dB）。 2带宽（band width）：通带的3dB带宽（flow-fhigh）。 带宽（band width）又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹（Hz）来表示。
带通滤波电路设计
带通滤波电路设计一．设计要求 （1）信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间； （2）滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内，而在 范围内； 100 Hz至10 kHz滤波 （3）在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ，而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二．电路组成原理 由图（ 1）所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较， 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图（2），可以构成带通滤波电路，条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图（ 1） 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L │A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图（ 2） 三．电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路，在通带内我们设计为单位增益。根据题意，在频率低端f=10HZ 时，幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时，幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ，有源器件仍选择运放 LF142，将这两个滤波电路串联如图所示，就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ，因此，由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益（Avf1 ） 2=（ 1.586 ）2=2.515, 由于所需要的通带增益为0dB, 因此在低通滤波器输入部分加了一个由电阻R1、 R2组成的分压器。 带通滤波器设计步骤 1、根据需求选择合适的低通滤波器原型 2、把带通滤波器带宽作为低通滤波器的截止频率，根据抑制点的频率距离带通滤波器中心频点距离的两倍作为需要抑制的频率，换算抑制频率与截止频率的比值，得出m 的值，然后根据m 值选择低通滤波器的原型参数值。 滤波器的时域特性 任何信号通过滤波器都会产生时延。Bessel filter 是特殊的滤波器在于对于通带内的所有频率而言，引入的时延都是恒定的。这就意味着相对于输入，输出信号的相位变化与工作的频率是成比例的。而其他类型的滤波器（如Butterworth, Chebyshev,inverse Chebyshev,and Causer ）在输出信号中引入的相位变化与频率不成比例。相位随频率变化的速率称之为群延迟（group delay ）。群延迟随滤波器级数的增加而增加。 模拟滤波器的归一化 归一化的滤波器是通带截止频率为w=1radian/s, 也就是1/2πHz 或约0.159Hz 。这主要是因为电抗元件在1弧度的时候，描述比较简单，XL=L, XC=1/C ，计算也可以大大简化。归一化的无源滤波器的特征阻抗为1欧姆。归一化的理由就是简化计算。 Bessel filter 特征：通带平坦，阻带具有微小的起伏。阻带的衰减相对缓慢，直到原理截止频率高次谐波点的地方。原理截止频率点的衰减具有的经验公式为n*6dB/octave ，其中，n 表示滤波器的阶数，octave 表示是频率的加倍。例如，3阶滤波器，将有18dB/octave 的衰减变化。正是由于在截止频率的缓慢变化，使得它有较好的时域响应。 Bessel 响应的本质截止频率是在与能够给出1s 延迟的点，这个点依赖于滤波器的阶数。 逆切比雪夫LPF 原型参数计算公式（Inverse Chebyshev filter parameters calculate equiations ） ) (cosh )(cosh 11Ω=--Cn n 其中 1101.0-=A Cn , A 为抑制频率点的衰减值，以dB 为单位；Ω为抑制频率与截止频率的比值 例：假设LPF 的3dB 截止频率为10Hz,在15Hz 的频点需要抑制20dB,则有： 95.91020*1.0==Cn ；Ω=15/10=1.5 1.39624.0988.2) 5.1(cosh )95.9(cosh 11===--n ,因此，滤波器的阶数至少应该为4 滤波器设计流程(TUMIC) 实验要求: 用 =9.6，h=0.5mm的基板设计一个微带耦合线型的带通滤 r 波器，指示如下：中心频率 f=5.5GHz； 实验步骤： 1．计算阶次： 按照教材P109的计算步骤，仍然选用0.1db波纹的切比雪夫低通原型。根据中心频率、相对带宽和要求的阻带衰减条件，我们可得出最后n＝4。 2．用TUMIC画出拓扑图： 因为TUMIC里没有对称耦合微带线，所以我们采用不对称耦合微带线 将两个宽度设为相同，即实现对称耦合微带线的作用。如图所示： 在每个耦合微带线的2、4两个端口，我们端接微带开路分支，将微带部分的长度设置为很小，而宽度设置为与端接的耦合微带线相同即可，即此部分微带基本不产生作用。如图： 因为n＝4，我们采用5个对称耦合微带线。可知它们是中心对称的，即1和5，2和4为相同的参数。在每两段耦合微带线连接处，因为它们的宽度都不相同，所以我们需要采用一个微带跳线来连接，如图： 注意：有小蓝点的一端为1端口，另一端为2端口。 参数设置如下图： 条件中，要我们设计两端均为50欧姆的微带线。我们用此软件本身带有的公式计算出它的设计值即可。不过要注意一点，我们需在设置好基片参数(见后面)的情况下再进行计算。如图： 最后在两端加上端口，并标注1，2端口。如图： 3．参数设置： ⑴基片设置：即按设计要求里的 和h进行设置。如图： r ⑵变量设置： 上面讲到我们实际上是使用三组耦合微带线，即有三组参数。考虑每个对称耦合微带线都有w(宽度)，s(间距)，l(长度)三个参数。我们进行设计的目的就是通过计算机优化得到我们需要的这些参数的值，所以在这里，我们要将这些参数设置为变量。如图：带通滤波器设计步骤
滤波器设计流程