基于多枝节加载谐振器的超宽带带通滤波器设计

田旭坤吴小虎褚庆昕

(华南理工大学大学电子与信息学院，广州510641)

摘要：本文提出了一种新的多枝节加载谐振器结构设计思路，根据该方法设计了一种三枝节加载和五枝节加载谐振器结构并通过平行耦合线馈电方式构造超宽带滤波器。仿真和实验结果吻合良好，表明通过采用本文所述的枝节加载形式，不仅可以实现超宽带滤波器的良好选择性，并且能有效抑制带外谐波，提高滤波器的阻带特性。

关键词：超宽带，带通滤波器，枝节加载谐振器，阻带抑制

Design of UWB Bandpass Filters Based on Multi-stubs Loaded Resonator Tian Xu-Kun Wu Xiao-Hu Chu Qing-Xin

(School of Electronic and Information Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641)

Abstract: In this paper, a new method of designing multi-stubs loaded resonator is proposed and a three-stubs loaded resonator and five-stubs loaded resonator is constructed based on the proposed method. UWB bandpass filters are then developed by incorporated the proposed resonators and aperture-back parallel-coupled lines. Both simulated and measured results are in good agreement, demonstrating that the UWB bandpass filters have good in-band performance, high selectivity and wide upper-stopband by adopting the proposed multi-stubs loaded resonator. Keywords: UWB; Bandpass filter; Multi-stubs loaded resonator; Harmonic suppression

1 引言

自2002年美国联邦通讯委员会（FCC）批准把3.1GHz到10.6GHz之间的频段分配给超宽带通信系统使用[1]以来，对各种小型化，具有良好带内带外特性的超宽带滤波器的研究成为学术界及工业界的研究热点[2-10]。在文献[2]中提出了一种高通滤波器加低通滤波器级联方式实现超宽带滤波器。[3]中首次提出了基于多模谐振器的超宽带滤波器设计方法并被广泛运用。[4-5]中为了改善这种基于多模结构超宽带滤波器的高阻带特性，采用了多枝节加载的谐振器结构。同时还有其他结构如EBG结构[6]

基金项目：本工作受国家自然科学青年科学基金（60801033）和东南大学毫米波国家重点实验室开放课题项目(K201112)资助。也被运用于带外特性的改善。此外，为了提高超宽带滤波器的选择性，在[7]中提出了一种阶梯阻抗枝节加载的谐振器结构

为了同时满足超宽带滤波器的带外特性和选择性的要求，本文提出了一种新的多枝节加载谐振器结构设计思路并将其运用于超宽带滤波器设计之中。该结构通过在均匀半波长谐振器上各个谐振模式电压分布零点上加载枝节构成。基于这种枝节线加载谐振器设计方法，本文提出了分别提出了三枝节加载和五枝节加载的多模谐振器并运用其构造超宽带滤波器。该滤波器具有小尺寸，良好选择性和高阻带带宽等优点。最后，对该滤波器进行加工测试，实验和仿真结果均有较好的吻合。

2 超宽带滤波器设计

2.1 基于三枝节加载的超宽带滤波器

图1所示为均匀半波长谐振器各个谐振模式（仅

列举了基频f1到五倍频f5）的电压分布曲线。由图可

见，所有奇模频率电压零点均通过对称中心。因此，

中心加载枝节不影响任何奇模频率[7-8]。同理，在

各个各个偶模频率电压零点处加载枝节，也不会对

相应偶模频率产生影响。如图2所示，我们在半波

长谐振对称中心加载一段阶梯阻抗枝节，同时在四

倍频电压零点处对称加载两端枝节。

图1 半波长谐振器各个谐振模式电压分布

图2 三枝节加载谐振器与各个谐振模式电压分布

为了研究加载枝节对谐振特性的影响，首先考

虑无中心加载的情况（θ

=θ2=0）。如图3所示，由于

所加载枝节线恰好位于四倍频f4的电压零点上，因

此改变所加载枝节线长度时，对f4没有任何影响，

而其他谐振模式随着枝节线增长而向低频移动。故

采用这种电压分布零点加载枝节的方式，可以提高

对谐振器各个谐振模式的可控性。

图3 对称加载枝节对各个谐振模式影响（θ1=θ2=0）

图4 基于三双枝节滤波器结构

图5 对称加载双枝节对带外谐波抑制(L0=11.34, L=8.45,

L1=7, W1=0.5, L2=6.95, W2=2.9, W3=0.57,单位：mm )

中心加载的阶梯阻抗枝节特性已在[7-8]中有详

述。将该中心加载阶梯阻抗枝节与对称加载开路枝

节结合起来，形成了一种新型的多枝节加载谐振器

结构。此外，由[3-7]可知，该多模结构通过较强的

耦合馈电可以形成超宽带滤波器。

如图4所示，该滤波器馈线结构采用带有缺陷

地的平行耦合线[7]。我们可以通过在弱耦合的条件

下对该谐振器进行电路仿真分析。其特性如图5所

示。通过加载的阶梯阻抗枝节与对称加载开路枝节

的结合，不仅可以实现通带的选择性，而且还可以

通过抑制带外谐波，提高阻带带宽。

采用缺陷地平行耦合线结构进行馈电，经过进一步的优化设计，我们可以获得如图6所示的滤波器特性曲线。由图可见，该滤波器具有良好通带特性和选择性，同时带外20 dB抑制阻带由[7]中15.4 GHz达到了18.5 GHz。其尺寸大小为了23.1mm ×16.1mm，相对于[7]减小25%。

图6 基于三枝节超宽带滤波器仿真结果(L0=11.34, W0=0.5, L=8.45, L1=7, W1=0.5, L2=6.95, W2=2.9, L3=3.18, W3=0.57,

L p=7.25,W p=0.64,L d=6.5, W d=3.8, d=0.55, s=0.21, 单位：mm ) 2.2 基于五枝节加载的超宽带滤波器

上述所设计的基于三枝节加载谐振器的超宽带滤波器在尺寸和带外特性上均比[7]有较大的改善，但其20 dB的带外抑制带宽依然较窄。我们可以采用上述加载枝节的思路进行进一步的扩展，以获得更高阻带抑制的超宽带滤波器。

如图7所示，设计谐振器时在5倍频（f5）的电压零点处再增加两端对称的开路枝节。通过前面的分析，我们可以得知，调节该枝节对f5不产生影响，同时也增加了谐振器对带外谐波抑制的自由度。将该结构运用于超宽带滤波器其设计当中，其结构如图8所示。

图7 三枝节加载谐振器与各个谐振模式电压分布

图8 基于五枝节加载谐振器的超宽带滤波器

图9 基于三枝节和五枝节加载谐振器的超宽带滤波器特性比较(L0=10.6, W0=0.5, L=7.3, L1=8.6, W1=0.8, L2=5.25,

W2=3.4, L3=2, W3=0.4, L4=3, W4=0.4, L34=1.95, L p=7.25,

W p=0.4, L d=6.6, W d=3.4, d=0.71, s=0.21, 单位：mm )

通过进一步调节优化加载枝节线的长度，可以得到如图9所示的三节加载与五节加载滤波器仿真特性曲线比较。由图可见，在增加加载枝节后，由于增加了调节自由度，带外特性得到了明显的改善，该滤波器仿真的20 dB抑制阻带从原来的18.5 GHz 提高到了23 GHz。

3 实验与测试结果

为了进一步验证设计的有效性，我们将优化后的五枝节加载超宽带滤波结构在介电常数为2.55，厚度为0.8 mm的基片上进行加工。测试与仿真S参数以及时延特性如图10所示。可以看出，仿真与测试结果结果具有良好的吻合。该滤波器测试带宽为3.15 GHz 到10.5 GHz，且通带两端具有较好选择性，带内时延平坦。同时由测试结果可以看出，其20 dB 阻带抑制范围至少可以达到25 GHz，从而验证了设计的有效性。此外该滤波器结构紧凑，物理尺寸为21.62 mm ×15.75 mm。

图10 仿真与测试结果比较

4 结论

本文提出了一种新的枝节加载谐振器的设计思路并分别设计了两种多枝节加载谐振器运用于超宽带滤波器之中。经过加工和实验验证，仿真和实验结果均吻合良好，表明该滤波器具有结构紧凑、带

宽宽、带外抑制良好等优点。

参考文献

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ET- Docket 98-153, FCC02-48, Apr. 2002.

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communications,” in IEEE MTT-S Int. Dig, Jun.2005, pp.679-682

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Microwave. Wireless Components Letters, vol. 17, vo.1, pp.40-42, 2007.

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upper-stopband performance,” IEEE Microwave Wireless Componen ts Letters, vol. 17, no. 6, pp.421-423, 2007.

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Microwave Wireless Components Letters, vol. 17, no.8, pp.583-585, 2007.

作者简介：

田旭坤，男，硕士研究生，主要研究领域射频滤波器；

吴小虎，男，博士研究生，主要研究领域射频滤波器。

褚庆昕，男，教授、博士生导师，主要研究领域为计算电磁学、射频电路与天线技术。

基于HFSS的微调谐腔体带通滤波器设计

基于HFSS的微调谐腔体带通滤波器设计发表时间：2016-10-12T14:41:17.417Z 来源：《电力设备》2016年第14期作者：李婷婷 [导读] 针对微调谐腔体带通滤波器设计制造中存在的问题，介绍了腔体带通滤波器的总体设计。（广州海格通信集团股份有限公司）摘要：针对微调谐腔体带通滤波器设计制造中存在的问题，介绍了腔体带通滤波器的总体设计；论述了需要解决的问题，如优化计算、提高仿真精度和简化调谐结构，并对二端口网络等效替换、整体仿真和微调谐关键技术进行了分析。关键词：腔体带通滤波器；微调谐；免调谐；HFSS 传统的微波腔体带通滤波器的设计过程中，参数计算量大，仿真存在误差，调谐过程耗时费力。随着腔体带通滤波器在微波通信设备中的广泛应用，其设计方法有待改进。通过设计参数求取方法的改进和对原理图的完善补充以及采用合理的仿真过程，确保了滤波器设计的精确度。在此基础上，摒弃传统的用调谐螺钉调谐的方式，采用微调谐结构的腔体来实现滤波器的微调谐，配合线切割加工工艺，最终实现腔体带通滤波器的精确微调谐设计，一定的相对带宽条件下，可实现免调谐设计。一、总体设计微波腔体带通滤波器的设计过程大体分为3步：一是按设计要求求取设计参数；二是进行滤波器模型的仿真；三是进行滤波器的调谐。求取设计参数一般先根据设计要求选择合适的切比雪夫低通原型滤波器，因为较之最大平坦型滤波器，切比雪夫滤波器有更优异的带外抑制，较之椭圆函数滤波器更易于实现。进行模型仿真前，还需要得到以下3个参数：一是单端输入最大群时延；二是谐振器间耦合系数；三是谐振腔的谐振频率。滤波器模型的仿真分为2步：第一步要在HFSS中建立滤波器的三维微调谐模型；第二步就是进行HFSS的模型仿真。在HFSS中建立滤波器腔体模型后，对其先后进行单谐振器本征模仿真、双谐振器本征模仿真和单端输入最大群时延仿真，分别得到单谐振器谐振频率、相邻谐振器间耦合系数和单端输入最大群时延等参数的仿真值。然后，利用仿真值去逼近对应参数的理论值，得到最终的模型尺寸。模型仿真结束后就可以按仿真尺寸对滤波器进行机加工，最后经过调谐，滤波器就可以达到使用要求了。二、需要解决的问题（一）提高仿真精度三维电磁场仿真软件HFSS由于本身采用的是有限元数值算法，相对于矩量法和积分法来说，具有较高的仿真精度，但是由于设计者采用不合理的仿真方法，导致设计中存在仿真误差。对于谐振器间耦合系数的仿真，传统的方法是建立孤立双谐振器模型进行谐振器之间耦合系数的仿真，根据仿真数据建立相邻谐振器间耦合系数对应孤立双谐振器间距的曲线，再依据此曲线确定每个孤立双谐振器之间的距离，最后将各个孤立双谐振器单元进行组合得到整个腔体滤波器模型，多谐振器组合后之间的相互影响，可能导致滤波器响应的变坏，严重影响到滤波器仿真的精度。（二）简化调谐结构腔体滤波器的结构设计中使用了大量的调谐螺钉，或在盖板上安装调谐螺钉，或在盒体侧壁上安装，与此同时还需要考虑相应螺母的尺寸及调谐完成后如何固定螺母的问题。调谐螺钉的使用导致滤波器结构复杂且体积庞大。同时还存在一个更重要的问题，即滤波器调谐的好坏、快慢很大程度上依赖于调谐者的经验与技术水平，且产品的一致性不是很好，这严重限制了腔体滤波器的批量生产。三、关键技术（一）二端口网络等效替换技术二端口网络等效替换技术是在从切比雪夫低通原型到只有一种电抗元件低通原型的变换过程中，摒弃利用对偶电路求取J值的方法，采用二端口网络电路直接等效替换的方法将低通原型中的串联电感变换成并联电容，低通原型中的电容值保持不变，经过变换后的并联电容值与低通原型中的串联电感的电抗值保持一致。（二）整体模型仿真技术整体模型仿真技术：首先建立滤波器整体模型，在整体模型的框架内先对单谐振器本征模仿真求得每个谐振杆的尺寸与加载情况，再对双谐振器本征模仿真求得相邻谐振杆的间距。2种模式仿真都采用从中心谐振器单元到两端谐振器单元的仿真顺序。同时为了减小双谐振器本征模仿真与单谐振器本征模仿真之间的相互影响，需要这2种仿真交替进行几次，直至2种模式仿真的相互影响比较细微时，最后再进行单端输入最大群时延的仿真。这样从整体模型的能有效提高仿真的精确度；（三）微调谐技术谐振杆一端与地短路，一端开路，开路端加载一薄金属片，金属片呈现的是电容的特性，通过小幅度拨动金属片改变金属片与金属腔壁间的距离来实现滤波器的微调故而又称金属片为调谐电容片；输入输出端中间的过孔用于焊接穿墙玻璃绝缘子的探针，称之为探针孔；谐振杆模拟的是并联谐振电路。四、仿真与性能测试结果分析（一）仿真设计要求：中心频率为4.7GHz，通频带相对带宽为16%，3.5GHz和6GHz处的抑制度达到30dB，插入损耗小于1dB。首先根据带外抑制度选择5腔结构；再求取谐振器间耦合系数，单端输入最大群时延和谐振腔的谐振频率分别如下：k1，2=0.19937，k2， 3=0.1421，τmax=0.5443，F0=4673.3，F0是W0对应的频率值。然后在HFSS中建立三维微调谐滤波器模型，之后通过下面3个步骤最终得到滤波器三维模型的尺寸： ①通过HFSS单谐振器本征模型仿真使单谐振器本征模频率在F0附近，以此确定每个谐振杆的大小与加载情况。谐振杆长度用L表示，

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

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)

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

《腔体滤波器设计具体步骤》

Advanced Coupling Matrix Synthesis Techniques for Microwave Filters Richard J.Cameron ,Fellow,IEEE Abstract—A general method is presented for the synthesis of the folded-configuration coupling matrix for Chebyshev or other filtering functions of the most general kind,including the fully canonical case, i.e., +2”transversal network coupling matrix,which is able to accommodate multiple input/output couplings,as well as the direct source–load coupling needed for the fully canonical cases.Firstly,the direct method for building up the coupling matrix for the transversal network is described.A simple nonoptimization process is then outlined for the conversion of the transversal matrix to the equivalent “ ”coupling matrix,ready for the realization of a microwave filter with resonators arranged as a folded cross-coupled array.It was mentioned in [1]that,although the polynomial synthesis procedure was capable of generating finite-position zeros could be realized by the coupling matrix.This excluded some useful filtering characteristics,including those that require multiple input/output couplings,which have been finding applications recently [3]. In this paper,a method is presented for the synthesis of the fully-canonical or “coupling matrix. The .(b)Equivalent circuit of the k th “low-pass resonator”in the transversal array. The matrix has the following advantages,as compared with the conventional coupling matrix.?Multiple input/output couplings may be accommodated, i.e.,couplings may be made directly from the source and/or to the load to internal resonators,in addition to the main input/output couplings to the first and last resonator in the filter circuit.?Fully canonical filtering functions (i.e.,coupling matrix, not requiring the Gram–Schmidt orthonormalization stage.The 0018-9480/03$17.00?2003IEEE

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）。

MATLAB设计数字带通FIR滤波器的几种窗函数的比较要点

课题介绍通过平时所学、书本内容和网络上了解的知识，我们小组讨论决定对ＭATLAB结合窗函数设计一个数字带通ＦIR滤波器工程中涉及的几个窗函数方法优劣好坏用图形形象的进行比较，以MATLＡB软件为工具探讨出一个失真小高效的设计方法。数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统,通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。与IＩR滤波器相比,ＦＩR的实现是非递归的，总是稳定的;更重要的是，FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时,可以获得严格的线性相位特性。根据ＦIR滤波器的原理，提出了FIR滤波器的窗函数设计法,给出了在MＡTLＡB环境下，用窗函数法设计FIＲ滤波器的过程和设计实例。通过利用不同的窗函数方法设计FＩＲ滤波器,对所设计的滤波器进行分析比较，得出各种方法设计的滤波器的优缺点及其不同的使用场合,从而可以在设计滤波器时能够正确的选择FIR数字滤波器的窗函数的选取及设计方法。数字滤波技术数字滤波,就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，所以故实质上是一种程序滤波。与此对应的就是模拟滤波,模拟滤波主要无源绿波（直接用电阻、电容、电感等不外接电源的元件组成的)与有源滤波（如运算放大器等需要外接电源组成的）,其目的是将信号中的噪音和干扰滤去或者将希望得到的频率信号滤出为我所用。数字滤波的出现克服了模拟滤波的很多不足，具有以下优点： 1．是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高,稳定性好。２.可以对频率很低的信号实现滤波,克服了模拟滤波的缺陷。３.可以根据信号的不同,采用不同的滤波方法或参数,具有灵活、方便、功能强的特点。本文主要对FIＲ滤波器加以介绍。

(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/2814542289.html,

带通滤波器的设计

带通滤波器设计作者：汤美玲陕西理工学院（物电学院）电子信息科学与技术专业2008级陕西汉中723000 指导教师：蒋媛摘要：带通滤波器（bandpass filter）是从滤波器的特性上划分的，带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。从实现的网络结构或者从单位脉冲响应长度分类，可以分为无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器和有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器。IIR数字滤波器的设计方法是利用模拟滤波器成熟的理论及设计图表进行设计的，因而保留了一些经典模拟滤波器优良的幅度特性。但设计中只考虑了幅度特性，没考虑相位特性，所设计的滤波器一般是某种确定的非线性相位特性。为了得到线性相位特性，对IIR滤波器必须另外增加相位相位校正网络，是滤波器设计变得复杂，成本也高，又难以得到严格的线性相位特性。FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性。两者各有优点，择其而取之。后面的FIR滤波器的设计中，为获得有限长单位取样响应，需要用窗函数截断无限长单位取样响应序列。另外，在功率谱估计中也要遇到窗函数加权问题。由此可见，窗函数加权技术在数字信号处理中的重要地位。关键词：带通滤波器,模拟，数字,IIR,FIR,MATLAB软件 Abstract：Bandpass filter (bandpass filter) from the characteristics of the classification of the filter, belt filter is to point to by a frequency can within the scope of the frequency component, but will other range of frequency components to a very low level of attenuation filter, belt and the concept of elimination filter relative. From the network structure or realize from the unit impulse response length classification, can be divided into an infinite long unit impulse response (IIR) filter and limited long unit impulse response (FIR filter. IIR the design of the digital filter method is to use the filter mature theory and simulation design charts for design, so keep some classic simulation filter excellent range characteristics. But design only considered the range characteristics, didn't consider phase characteristic, the design is a certain general filter nonlinear phase characteristic. In order to get the linear phase characteristic, for an additional filter must IIR phase phase correction network, is filter design complicated, the cost is high, and hard to get the strict linear phase characteristic. FIR filter in the guarantee range characteristics to meet technical requirements at the same time, very easy to do have the strict linear phase characteristic. Both have their advantages, pick the and of the take. The back of the FIR filters design, to acquire limited long unit sampling response, need to use the window function truncation infinite long unit sampling response sequence. In addition, in the power spectrum estimation to meet a window function and weighted problem. This shows, window function weighted technology in the digital signal processing to the important position. Key words：Bandpass filter, simulation , digital , IIR , FIR , MATLAB software 一.任务 1．基于IIR模拟带通滤波器的设计.

SIW带通滤波器仿真设计

0 引言滤波器在无线通信、军事、科技等领域有着广泛的应用。而微波毫米波电路技术的发展，更加要求这些滤波器应具有低插入损耗、结构紧凑、体积小、质量轻、成本低的特点。传统用来做滤波器的矩形波导和微带线已经很难达到这个要求。而基片集成波导(SIW)技术为设计这种滤波器提供了一种很好的选择。 SIW的双膜谐振器具有一对简并模式，可以通过对谐振器加入微扰单元来使这两个简并模式分离，因此，经过扰动后的谐振器可以看作一个双调谐电路。分离的简并模式产生耦合后，会产生两个极点和一个零点。所以，双膜滤波器在减小尺寸的同时，也增加了阻带衰减。而且还可以实现较窄的百分比带宽。可是，双膜滤波器又有功率损耗高、插入损耗大的缺点。为此，本文提出了一种新型SIW腔体双膜滤波器的设计方法。该SIW的大功率容量、低插入损耗特性正好可以对双膜滤波器的固有缺点起到补偿作用。而且输入／输出采用直接过渡的转换结构，也减少了耦合缝隙的损耗。 l 双膜谐振原理及频率调节 SIW是一类新型的人工集成波导，它是通过在平面电路的介质层中嵌入两排金属化孔构成的，这两排金属化孔构成了波导的窄壁，图1所示是基片集成波导的结构示意图。这类平面波导不仅容易与微波集成电路(MIC)以及单片微波集成电路(MMIC)集成，而且，SIW还继承了传统矩形波导的品质因数高、辐射损耗小、便于设计等优点。 1．1 基片集成波导谐振腔一般情况下，两个电路的振荡频率越接近，这两个电路之间的能量转换需要的耦合就越小。由于谐振腔中的无数多个模式中存在着正交关系，故要让这些模式耦合发生能量交换，必须对理想的结构加扰动。但是，为了保持场结构的原有形式，这个扰动要很小。所以，本文选择了SIW的简并主模TE102和TE201，它们的电场分布图如图2所示。因为TM和TEmn(n10)不能够在SI W中传输。因此，一方面可以保证在小扰动时就可以实现耦合，同时也可以保证场的原有结构。

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，

平面带通滤波器设计说明

一设计选题选题：平面带通滤波器设计与测量微带基片选择：RO5880 板材厚度：0.254mm 指标要求：通带围12.25GHz-12.75GHz（中心频率12.5GHz 相对带宽4%）带插损IL小于4dB 带反射系数RL大于10dB 边带抑制：13GHz以上至少抑制15dB 14-16 GHz抑制30dB以上 12GHz以下至少抑制15dB 11GHz以下至少抑制40dB 8-10GHz以下至少抑制50dB 在上述指标要求达成的前提下，过渡带宽越窄越好；归一化滤波器的面积越小越好。二基本原理 2.1 滤波器设计方案的选取本次设计的主要评分指标之一为滤波器的选择性，为了实现高选择性的带通滤波器，本文利用源-负载耦合，交叉耦合，以及混合电磁耦合等方式在带外适当位置引入传输零点，从而大大改善了带通滤波器的矩形度。该设计思路优势在于可以方便地调节传输零点的位置，从而改善带通滤波器的矩形度。但是随着滤波器的矩形度不断提

高，对于滤波器通带外的抑制也随之恶化，故设计中需要考虑在满足带外抑制要求的前提下尽量使滤波器获得较好的矩形度。另外，滤波器的阶数也会对滤波器的矩形度产生巨大影响。随着滤波器阶数的提高，滤波器的矩形度逐渐改善。但与此同时，滤波器的带插损也逐渐恶化。故在滤波器的设计过程中需要权衡矩形度与带插损两个指标要求，选择合适的滤波器阶数。除此之外本次滤波器的设计还需考虑到介质基板板材与厚度的选取对于滤波器性能参数的影响。首先考虑到要求插损越高越好，故选取了损耗正切较小的板材RO5880，其损耗正切为0.0009，介电常数为2.2。板材厚度的选取主要是考虑到了其对于滤波器尺寸以及插损的影响。较薄的介质板可以使滤波器的尺寸进一步减小，但是与此同时，滤波器的插损也会变差。权衡考虑滤波器的尺寸以及插损的要求，本文选取介质基板厚度为0.254mm。最终，本文采用六阶交叉耦合谐振腔体滤波器设计方案，其基本谐振单元的结构为如图2.1所示的半波长开环谐振器。整个滤波器的耦合拓补结构见图2.2。最终设计得到的滤波器结构如图2.3所示。图2.1 基本谐振单元

信号与系统综合实验报告-带通滤波器的设计DOC

广州大学综合设计性实验报告册实验项目选频网络的设计及应用研究学院物电学院年级专业班电子131 姓名朱大神学号成绩实验地点电子楼316 指导老师

《综合设计性实验》预习报告实验项目：选频网络的设计及应用研究一引言：选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。比如，利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。选频网络的类型和结构有很多，本实验将通过设计有源带通滤波器实现选频。二实验目的：（1）熟悉选频网络特性、结构及其应用，掌握选频网络的特点及其设计方法。（2）学会使用交流毫伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。（3）学会使用Multisim 进行电路仿真。三实验原理：带通滤波器：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减和抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成，如图1所示。电路性能参数可由下面各式求出。通带增益：CB R R R R A f vp 144+= 其中B 为通频带宽。中心频率：)1 1(121 3 12 20R R C R f += π

通带宽度：)2 1(14 321R R R R R C B f -+= 品质因数：B f Q 0 = 此电路的优点是，改变f R 和4R 的比值，就可以改变通带宽度B 而不会影响中心频率0f 。四实验内容：设计一个中心频率Hz f 20000=，品质因数5>Q 的带通滤波器。五重点问题：（1）确定带通滤波器的中心频率、上限频率及下限频率。（2）验证滤波器是否能筛选出方波的三次谐波。六参考文献： [1]熊伟等.Multisim 7 电路设计及仿真应用.北京：清华大学出版社，2005. [2]吴正光，郑颜.电子技术实验仿真与实践.北京：科学出版社，2008. [4]童诗白等.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社， 2001. 图1 二阶带通滤波器

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。