通带耦合特性独立可调的双频微带滤波器设计
文章编号:1005 6122(2011)01 0052 04
通带耦合特性独立可调的双频微带滤波器设计*
梁 飞 罗 斌 吕文中
(华中科技大学电子科学与技术系,武汉430074)
摘 要: 引入一种新型双通带滤波器耦合结构,采用微带线型SI R结构分别设计了切比雪夫型和准椭圆函数型2.4GH z/5.2GH z双频带通滤波器。运用电磁数值分析软件讨论了结构参数对双通带滤波器耦合性能的影响,以及准椭圆函数型滤波器耦合结构参数对其传输零点位置的影响,并在文中给出其变化规律。基于该耦合结构的新型双频带滤波器,设计自由度更高,两个通带所需耦合系数可以独立调节。根据以上结构参数所制备的样品,其性能测试结果与仿真结果吻合良好。
关键词: SI R滤波器,传输零点,切比雪夫,准椭圆函数,双通带
Design of A Dual BandpassM icrostri p Filters wit h Inde pendentl y
Tunable Passband Coupli ng Perfor m ance
L I ANG Fe i,LUO B i n,L U W en zh ong
(D e p ar t m ent of Electronic Science and T ec hno logy,H uazhong University of Science and T ec hno logy,W uhan430074,China)
Abstract: A nove l coup ling structure f o r des i gni ng dual bandpass filters has been i ntroduced in th i s paper.Chebyshev and quasi e lli ptic2.4GH z/5.2GH z dua l bandpass filter are desi gned by usi ng m icrostr i p SIR structure.The i nfl uence of structure para m eters on filte r coupli ng perfor m ance and trans m i ssi on zero s i s d i scussed by usi ng3 d i m ensi on fi n ite e le m ent a na l ysis m ode ls.T h i s structure i m proves design freedom to fit easily the spec ifi c coupli ng coe ffi c ients at each band si m u ltane ousl y,t he l oca tions of each pass band can a lso be tuned i ndependentl y.T he m easured resu lts o f t he fabricated filter sa m ples are i n good ag reement w ith the fullw ave si m ulati on results.
K ey word s: stepped i m pedance resona t o r filte r,trans m ission zeros,chebyshev,quasi elli ptic,dua l bandpass
引 言
微带滤波器因为其体积小、易加工、低成本以及容易集成的优点被广泛应用于无线移动通信系统中。目前不同的通信系统(如GSM,B l u etoo t h, W LAN,W M i AX等)工作在不同的微波频段,这要求单一的通信系统能够支持多个不同的通信标准。滤波器作为通信系统中重要的元器件之一,也必须能满足两种以上不同通信标准的需求。
近年来,研究者采用微带谐振器的基频与寄生通带来实现单回路双频滤波器,能大大缩小微带滤波器体积。Jen Tsai Kuo[1]利用微带线型阶梯阻抗谐振器(SI R)平行耦合组成双频滤波器,但体积较大。Yue Ping Zhang[2]利用发夹型S I R平行耦合得到双频滤波器,体积得以减小。M anue l S anchez Renedo[3]利用平行耦合SI R形成双频滤波器的同时导入交叉耦合,在阻带引入传输零点,提高了滤波器的频率选择特性。但是以上滤波器结构均难以同时满足第1与第2通带所需耦合系数,导致滤波器性能难以实现最优化。
本文引入一种新型双通带滤波器耦合结构,在不增大滤波器体积的前提下,把单回路转化为双回路,增加了设计时的自由度,更加容易满足双通带各自所需的耦合系数,大大降低了设计难度。基于以上耦合结构,采用微带线型SI R结构分别设计了切比雪夫型和准椭圆函数型2.4/5.2GH z双频带通滤
第27卷第1期2011年2月 微 波 学 报
J OURNA L O F M I CROW AV ES
V o.l27N o.1
Feb.2011
*收稿日期:2010 06 26;修回日期:2010 10 14
基金项目:国家自然科学基金(50902055);湖北省自然科学基金(2008CBD315);中央高校基本科研业务费(HU ST: 2010M S002)
波器,运用HFSS 12软件讨论了结构参数对滤波器耦合性能的影响,以及准椭圆函数型滤波器耦合结构参数对其传输零点位置的影响。经反复优化最终设计出切比雪夫和准椭圆函数型双通带滤波器,并制备出相应的样品。实验结果显示,样品测试结果与仿真结果吻合良好。由于传输零点的引入,准椭圆函数型滤波器比切比雪夫型滤波器带外抑制性能更好。
1 双通带滤波器的耦合结构
图1(a)为三级双通带切比雪夫型滤波器的耦
合结构。每一个节点代表一个实际的谐振器,实线代表一种直接耦合路径。1和3谐振器同时提供第1通带和第2通带的中心谐振频率(f 1和f 2)。2
和2I I
谐振器分别只提供第1通带中心谐振频率f 1和第2通带中心谐振频率f 2。由于2
和2II
两个谐振器工作在不同的频率,因此每一个通带都可以通过独立调整偶数号谐振器与奇数号谐振器的相对位置来分别满足各自所需的耦合系数。相比于传统单回路双通带滤波器,耦合系数自由度增加,设计过程更加灵活,
并且可以推广到多通带滤波器。
图1 两种滤波器耦合结构
图1(b)是一种准椭圆函数型三级双通带滤波器的耦合结构。该结构与切比雪夫型滤波器非常类
似,只是在奇数号谐振器之间引入了交叉耦合。由于交叉耦合的存在,在双频带滤波器每一个通带附近引入传输零点,从而提高滤波器频率选择特性。
2 SI R 型谐振器的基本特性
常用半波长S I R 谐振器,其结构如图2
所示。
图2 半波长S I R 谐振器结构图
对于此S I R 谐振器,两段的特征阻抗分别是Z 1
和Z 2,对应的电长度分别是 1和 2。令S I R 谐振器基频为f 0,第1寄生通带中心频率为f H ,则
[4]
:
f H f 0=
2arctan R Z
, R Z =Z 2Z 1(1)
由(1)式可知,SI R 的f H 与f 0比值随着阻抗比
R Z 的增加而减小。通过选择不同阻抗比,可以调整f H 与f 0的相对位置。当阻抗比为1时,均匀阻抗谐振器(U I R )的f H 正好为f 0的2倍。
3 双通带切比雪夫型滤波器设计
所要设计的双通带切比雪夫型滤波器性能指标如下:两通带中心频率分别为2.4GH z 与5.2GH z ,相对带宽FBW 分别为5.8%和3%,插入损耗:IL 3dB ,带内波动:0.01dB 。微带线型SI R 滤波器采用Rogers 3035介质板设计,相对介电常数为3.50,损耗角正切值为0.002,介质厚度为0.762mm 。双通带切比雪夫滤波器结构如图3所示。
图3 切比雪夫型滤波器结构图
图3中,与输入输出端口相连的谐振器分别对应于图1(a)中的1和3谐振器。由于f H /f 0=5.2/2.4=2.17,根据(1)式可得1和3谐振器阻抗比R Z
=0.785。当W 1=1mm 时,Z 1=66.90 ,因此W 2根据理论计算并经过仿真优化后为 1.2mm 。与图1(a)相比,图3中2I
谐振器采用SI R 谐振器,2II
谐振器则采用U I R 谐振器。这是由于2I
谐振器工作在2.4GH z ,若采用U I R 谐振器,它的第1寄生通带中心频率为基频的2倍,即4.8GH z ,低于所要设计的滤波器第2通带中心频率5.2GH z 。因此2I
谐振器采用SI R 结构,通过调整阻抗比,使其第1寄生通带中心频率为基频的3倍,大于7GH z 。经理论计算与仿真优化后可得:W 3=2.1mm,W 4=0.2mm 。
切比雪夫滤波器级间耦合系数k 与外部品质因数Q e 由下式决定
[5]
:
(k 12)n =(k 23)n =
FBW n (g 1)n (g 2)n
(2)(Q e )n =
(g 0)n (g 1)n
FBW n
(3)
其中FBW 代表滤波器的相对带宽,g 0、g 1、g 2为切比雪夫低通原型滤波器的元件值,n =1,2代表相对应的频段。查表可得g 0=1,g 1=0.6291,g 2=0.9702。计算可得第1通带与第2通带耦合系数分别为0.074
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第27卷第1期梁 飞等:通带耦合特性独立可调的双频微带滤波器设计
和0.038,外部品质因素分别为10.84和20.97。耦合系数与外部品质因数提取方法如下
[6]
:
K 12=
f 2
2-f 21f 22
+f
21
, Q e =f 0
f 3 d B (4)
由于决定K 12与Q e 的自由度都为2,为能更快捷地设计滤波器,令S 1=7.8mm,d 1=d 2=0.2mm,d 3=1mm [7]
,再由仿真结果决定W 5、S 2与S 3的值。图4(a)中Q e1和Q e2分别表示第1与第2通带外部品质因数。由图可知,当W 5=0.6mm 时,可以同时满足两个通带所需的外部品质因数。图4(b)与图4(c)分别是第1与第2通带耦合系数随结构参数的变化图。当S 2=1.9mm 、S 3=4.3mm 时,分
别同时满足各自通带所需的特定耦合系数。
图4 滤波器特性随结构参数的变化
根据上面确定的结构参数值,对三级切比雪夫滤波器性能进行整体仿真优化,图5为三级切比雪夫滤波器的性能仿真与实测图。滤波器两通带中心频率分
别为2.4G H z 和5.2GH z ,带内纹波均为0.01dB ,FB W 分别为5.8%和3%。通带内插入损耗分别为1.8dB 和
2.1dB 。由图5可知,样品测试结果与仿真结果基本符合。图6
为滤波器实物图。
图5 切比雪夫滤波器仿真与实测图
图6 切比雪夫滤波器实物图
4 双通带准椭圆函数型滤波器设计
为了进一步提高滤波器阻带内的频率选择特性,基于图1(b)所示的耦合结构,设计了一种准椭
圆函数型双通带滤波器,其几何结构如图7所示。
在图7中,由于1,3谐振器之间存在弱的磁交叉耦合,在滤波器的两个通带附近分别引入传输零点。经研究发现,传输零点位置受到参数S 1与d 1的影响。减小参数d 1的值,可以使两个通带的传输零点更加靠近中心频率,但是由于第1通带传输零点本身就很明显,减小d 1的值虽然提高了第2通带的性能,但是会使第1通带的传输零点过于靠近中心频率从而恶化了通带的性能。虽然改变S 1的值对第1通带性能影响不大,但可以显著改善第2通带的性能。第1通带传输零点随d 1的变化以及第2通带传输零点随S 1的变化分别如图8(a)与(b)所示。
最终经过优化仿真结果为:d 1=3.5mm,d 2=
0.6mm,d 3=0.5mm,S 1=11.8mm,S 2=2.5mm,S 3=4.3mm 。图9为三级准椭圆函数滤波器的性能仿真图与实测图。滤波器两通带中心频率分别为2.4GH z 和5.2GH z ,相应FBW 为5%和3.6%。带内纹波均为0.01dB ,通带内插入损耗分别为1.6dB 和1.9dB 。由图9可知,测试结果与仿真结果基本吻合。图10为三级准椭圆函数滤波器实物图。
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微 波 学 报2011年2月
图7 准椭圆函数型滤波器结构图
图8 传输零点随参数的变化
图9 准椭圆函数型滤波器仿真与实测图
5 结论
本文引入一种新型双通带滤波器耦合结构,采用微带线型SI R 结构分别设计了切比雪夫型和准椭圆函数型2.4GH z/5.2G H z 双频带通滤波器。仿真和实验结
果表明,基于该耦合结构的新型双频带滤波器,两个通
图10 准椭圆函数滤波器实物图
带所需的耦合系数可以独立调节,自由度更高。此外,通过引入主谐振器间的交叉耦合,在滤波器阻带引入传输零点,提高了滤波器的频率选择性。设计出的切比雪夫型和准椭圆函数型2.4G H z/5.2GH z 双频带通滤波器能满足无线局域网(W L AN)的应用要求。
参 考 文 献
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梁 飞 博士、
副教授。英国曼彻斯特大学微波及毫米波设计中心访问学者,主要从事微波滤波器和天线的研究工作。E m a i:l li ang fe@i m ai.l hust .edu .cn
罗 斌 硕士研究生。主要研究方向微带滤波器,微带电路。吕文中 博士,教授。主要从事微波陶瓷材料及器件的研
究工作。
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第27卷第1期梁 飞等:通带耦合特性独立可调的双频微带滤波器设计
实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真
实验二源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个源-负载耦合的交叉耦合滤波器 2.查看并分析该源-负载耦合的交叉耦合滤波器的S 参数 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入了交叉耦合，以得到有限频率传输零点，从而提高了滤波器的选择特性。一般来讲，一个N 腔交叉耦合滤波器最多能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N 个谐振器的滤波器，如果在源与负载之间也引入耦合，则可实现N 个传输零点。源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型如图所示。 e R 2 在上图所示的等效电路模型中，ij M 表示各个谐振腔之间的耦合系数，Si M 、L i M 分别表示源、负载与第i 个腔之间的耦合系数。SL M 则表示源与负载之间的耦合系数。整个电路由N 个谐振腔构成，各个谐振腔之间是电感耦合。对于窄带滤波器，做如下规一化： 110=?=ωω， 这里0ω为中心频率，ω?为相对带宽。 回路矩阵方程为： R)I M (sU I Z E 0++=?=j 其中，0U 是将(N+2)×(N+2)阶单位矩阵中第一个元素和最后一个元素令为0，其它元素都保持不变所得的矩阵。M 是耦合矩阵，是一个(N+2)×(N+2)阶方阵，其中对角线上的元素代表每一个谐振腔的自耦合，它表示每一个谐振腔的谐振频率i f 与滤波器的中心频率 o f 之间的偏差。（在同步调谐滤波器中，我们认为每个谐振腔的自耦合系数的值都取零）。 矩阵中非对角线上的元素表示各个谐振腔之间的耦合系数。 R 矩阵是(N+2)×(N+2)阶方阵，除21)2,2(,)1,1(R N N R =++=R R 非零以外，其它
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
二阶带通滤波器课程设计.
一、制作一个1000Hz 的正弦波产生电路： 图1.1 正弦波产生电路 1.1 RC 桥式振荡电路 RC 桥式振荡电路如图（1.1）所示。这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。其中，R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络，接于运算放大器的输出与同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。R3、W R 及R4组成负反馈网络，调节W R 可改变负反馈的反馈系数，从而调节放大的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。RC 串并联网络与负反馈中的R3、W R 刚好组成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大器A1的两个输入端，桥式振荡电路的名称即由此得来。 分析RC 串并联网络的选频特性，根椐正弦波振荡电路的振幅平衡条件，选择合适的放大指标，构成一个完整的振荡电路。 1.2 振荡电路的传递函数 由图（1.1）有 1111 Z R sC =+，2 2222 1Z 1R R C sC =+＝2221R sC R + 其中，1Z 、2Z 分别为图1.1中RC 串、并联网络的阻值。 得到输入与输出的传递函数： F ν(s)= 21 2 1212221121()1 sR C R R C C s R C R C R C s ++++ =12 21122111212 11111()s R C s s R C R C R C R R C C ++++ （1.1） 由式（1.1）得 21212 R R 1 C C =ω 2 1210R R 1 C C = ?ω
取1R ＝2R ＝16k Ω,12C C =＝0.01μF ，则有 1.3 振荡电路分析 就实际的频率而言，可用s j ω=替换，在0ωω=时，经RC 选频网络传输到运放同相端的电压与1o U 同相，这样，放大电路和由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足相位平衡条件。 12 2 11221212 ()12v j C R F j j C R j C R C C R R ωωωωω= ++- （1.2） 令2 12101R R C C = ω,且R R R C C C ====2121,，则式（1.2）变为 ) (31 )(00ω ωωωω-+= j j F v （1.3） 由此可得RC 串并联选频网络的幅频响应 2 002)( 31ω ωωω-+= V F （1.4） 相频响应 3 )( arctan 0ω ωωω?--=f （1.5） 由此可知，当 2 12101R R C C = =ωω，或CR f f π21 0= = 时，幅频响应的幅度为最大，即 而相频响应的相位角为零，即 这说明，当2 12101R R C C = =ωω时，输出的电压的幅度最大（当输入电压的幅 度一定，而频率可调时），并且输出电压时输入电压的1/3，同时输出电压与输入
实验一交叉耦合滤波器设计与仿真
实验一交叉耦合滤波器设计与仿真 、实验目的 1?设计一个交叉耦合滤波器 2?查看并分析该交叉耦合滤波器的S参数 、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点 是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与 负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中，el表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik(k=1,2,3,, ,N) 表示各谐振腔的回路电流，Mj表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦合系数 (i,j=1,2, , ,N,且片j)。在这里取3 0=1,即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk (k=1,2,3,, ,N )表示各谐振腔的自耦合系数。 n腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示： l i 1H 丄F J 1F L丨「IVI N4r 1F y1 ---- 广、'、、L f A 1 1M1k t 1M kN *'i M2N人 M 1,N _ej■'s jM 12jM 13 0jM12s jM23 0=jM13a jM23s9 0jM1,N 一jM2,N U jM3,N — ■0 一1 1jM 1 N jM 2 N jM 3N jM 1, N J jM 1 N jM 2,N -1 jM 2 N jM 3,N -4jM 3n jM N —, N i N -1 jM N -1, N s R2 JL|N M R i e i k,N 1 1/2H 'N1/2H 1H 1/2H i21/2H ■■-R2 这个电路的回路方程可以写为 〕「h 1 I i2 i3
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）。
交叉耦合带通滤波器
交叉耦合带通滤波器集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
大学 课程设计任务书 注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订） 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。
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9 0 2 3 4 5 5 7
前言 微波滤波器是微波系统中重要元件之一，它用来分离或者组合各种不同频率信号的重要元件。在微波中继通信、卫信通信、雷达技术、电子对抗及微波测量中，具有广泛的应用。? 众所周知，滤波器的设计在低频电路中是用集总参数元件（电感L 和电容C）构成的谐振回路来实现。但当频率高达300Mhz以上时，低频下的集总参数的LC谐振回路已不再适用了。这一方面由于当回路的线性尺寸和电磁波的波长可以比拟时，辐射相当显着，谐振回路的品质因数大大下降，因而必须采用分布参数的微波滤波器。?任何一个微波系统都是由各种各样的微波器件、有源电路和传输线等组成的。微波元件种类很多。按传输线类型可分为波导式、同轴式和微带式等；按功能可分为连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、分路元件、波型变换元件、滤波元件等；按变换性质可分为互易元件、非互易元件和非线性元件等。 本文正是根据微波滤波器的特性设计一种微带交叉耦合带通滤波器，要求其小型化、频段规则性高、边缘陡峭，可用于小型化天线系统。 摘要： 交叉耦合滤波器具有高选择性、低插入损耗、宽阻带、高的带外截止特性等，已被广泛应用于现代微波通信系统中，本文拟采用高品质谐振腔交叉耦合的形式实现该带通滤波器，结构简单紧凑，通带陡度较
二阶带通滤波器课程设计
目录 1 课程设计的目的与作用 (1) 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 (1) 2.1 设计任务 (1) 2.2 Multisim软件环境介绍 (1) 3 电路模型的建立 (2) 4 理论分析及计算 (3) 5 仿真结果分析 (4) 6 设计总结和体会 (4) 7 参考文献 (5)
1 课程设计的目的与作用 目的:根据设计任务完成对二阶带通滤波器的设计，进一步加强对模拟电子技术的理解。了解二阶带通滤波器的工作原理，掌握对二阶带通滤波器频率特性的测试方法。 带通滤波器:其作用是允许某一段频带范围内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。常用于抗干扰设备中，以便接收某一段频带范围内的有效信号，而消除高频段和低频段的干扰和噪声。 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 2.1 设计任务 学会使用Multisim10软件设计二阶带通滤波器的电路，使学生初步了解和掌握二阶带通滤波器的设计、调试过程及其频率特性的测试方法，能进一步巩固课堂上学到的理论知识，了解带通滤波器的工作原理。 2.2 Multisim软件环境介绍 Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim 提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真(材料详实)
实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真 一、 实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S 参数 二、 实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、 实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik （k=1,2,3,…,N ）表示各谐振腔的回路电流，Mij 表示第i 个谐振腔与第k 个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N ，且i ≠j)。在这里取ω0=1，即各谐振回路的电感L 和电容C 均取单位值。Mkk （k=1,2,3,…,N ）表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示: ...1F 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1H 1F 1F 1F ...i 1 i 2 i k i N i N M N ,1M k 1M kN M N 1 ,2-M 12 M k 2M N k 1 ,-M N N ,1-e 1 R 1 R 2 1F 1H 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ?? ? ???????????????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式：I R M sU ZI E )(0++==j
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/b85127159.html,
IIR数字带通滤波器设计
课 程 设 计 报 告 课程名称： 数字带通滤波器设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 完成时间： 报告成绩： IIR 数字带通滤波器的设计
1课程设计目的 1掌握冲激响应不变法IIR 低通滤波器的设计。 2 通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法；熟悉用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器的原理与方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法，掌握数字滤波器的计算机仿真方法，并能够对设计结果加以分析。 2.课程设计要求 采用双线性变换法设计一IIR 数字带通滤波器，抽样频率为 1s f kH z =，性能 要求为：通带范围从250Hz 到400Hz ，在此两频率处衰减不大于3dB , 在150Hz 和480Hz 频率处衰减不小于20dB ，采用巴特沃思型滤波器 3.设计原理 3.1用双线性变换法设计IIR 数字滤波器 脉冲响应不变法的主要缺点是产生频率响应的混叠失真。这是因为从S 平面到Ｚ平面是多值的映射关系所造成的。为了克服这一缺点，可以采用非线性频率压缩方法，将整个频率轴上的频率范围压缩到-π/T ～π/T 之间，再用st e z =转 换到Z 平面上。也就是说，第一步先将整个S 平面压缩映射到S 1平面的-π/T ～π/T 一条横带里；第二步再通过标准变换关系z =e s 1T 将此横带变换到整个Z 平面上去。这样就使S 平面与Z 平面建立了一一对应的单值关系，消除了多值变换性，也就消除了频谱混叠现象，映射关系如图1-3所示。 图1双线性变换的映射关系 为了将s 平面的整个虚轴 Ω j 压缩到1s 平面1Ωj 轴上的-π/T 到π/T 段上， Z 平面 S 1 平面 S 平面
交叉耦合带通滤波器
大学 课程设计任务书 序进行装订上交（大张图纸不必装订） 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。 指导教师签名：日期：
前言 (1) 一、背景知识 (2) 1、滤波器的发展 (2) 2、微波滤波器的应用 (2) 3、交叉耦合滤波器提出与发展 (3) 二、交叉耦合带通滤波器设计原理 (4) 1、交叉耦合滤波器的设计思路 (4) 2、新型耦合开环结构 (5) 3、交叉耦合滤波器的设计 (6) 三、仿真步骤 (9) 1、建立新工程 (9) 2、设置求解类型 (9) 3. 设置模型单位 (10) 4、建立滤波器模型 (10) 5、创建端口 (19) 6、创建Air (20) 7、设置边界条件 (20) 8、为该问题设置求解频率及扫频范围 (22) 9、优化仿真 (23) 10、保存工程 (24) 11、后处理操作 (25) 四、设计总结 (25) 参考文献 (27)
前言 微波滤波器是微波系统中重要元件之一，它用来分离或者组合各种不同频率信号的重要元件。在微波中继通信、卫信通信、雷达技术、电子对抗及微波测量中，具有广泛的应用。? 众所周知，滤波器的设计在低频电路中是用集总参数元件（电感L和电容C）构成的谐振回路来实现。但当频率高达300Mhz以上时，低频下的集总参数的LC谐振回路已不再适用了。这一方面由于当回路的线性尺寸和电磁波的波长可以比拟时，辐射相当显着，谐振回路的品质因数大大下降，因而必须采用分布参数的微波滤波器。?任何一个微波系统都是由各种各样的微波器件、有源电路和传输线等组成的。微波元件种类很多。按传输线类型可分为波导式、同轴式和微带式等；按功能可分为连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、分路元件、波型变换元件、滤波元件等；按变换性质可分为互易元件、非互易元件和非线性元件等。 本文正是根据微波滤波器的特性设计一种微带交叉耦合带通滤波器，要求其小型化、频段规则性高、边缘陡峭，可用于小型化天线系统。 摘要： 交叉耦合滤波器具有高选择性、低插入损耗、宽阻带、高的带外截止特性等，已被广泛应用于现代微波通信系统中，本文拟采用高品质谐振腔交叉耦合的形式实现该带通滤波器，结构简单紧凑，通带陡度较高，适合小型化设计，性能较高的天线或雷达双工器等电路使用。 关键词： 交叉耦合滤波器、微带线、设计、HFSS 一、背景知识 1、滤波器的发展 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各
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，
基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告.doc
基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告1 西安文理学院机械电子工程系 课程设计报告 专业班级08级电子信息工程1班 题目基于MATLAB的数字带通滤波器 学号 学生姓名 指导教师 2011 年12 月 西安文理学院机械电子工程系 课程设计任务书 学生姓名_______专业班级________ 学号______ 指导教师______ 职称副教授教研室电子信息工程课程数字信号处理题目 基于MATLAB 的数字带通滤波器设计任务与要求 设计任务：
要求设计一个IIR 带通滤波器，其中通带的中心频率为πω5.0=po ，通 带的截止频率πω4.01=p ，πω6.02=p ，通带最大衰减dB p 3=α；阻带最小 衰减dB s 15=α，阻带截止频率πω3.01=s ，πω7.02=s 。 设计要求： 1. 根据设计任务要求给出实现方案及实现过程。 2. 给出所实现的滤波器幅频特性及相频特性曲线并加以分析。 3. 论文要求思路清晰，结构合理，语言流畅，书写格式符合要求。 开始日期2011.12.19 完成日期2011.12.30 2011年12月18 日 一、设计任务 设计一数字带通滤波器，用IIR 来实现，其主要技术指标： 通带边缘频率：wp 1=0.4π，wp2=0.6π 通带最大衰减：Ap=3dB 阻带边缘频率：ws 1=0.3π，ws2=0.7π 阻带最小衰减：As=15dB 设计总体要求：用MATLAB 语言编程进行设计，给出IIR 数字滤波器 的参数，给出幅度和相位响应曲线，对IIR 实现形式和特点等方面进行讨
论。 二、设计方法 IIR 数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配，所以 IIR 滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。比较常用的原型滤波器有巴特沃什滤波器（Butterworth ）、切比雪夫滤波 器（Chebyshev ）、椭圆滤波器（Ellipse ）和贝塞尔滤波器（Bessel ）等。他们有各自的特点，巴特沃什滤波器具有单调下降的幅频特性；切比雪夫 滤波器的幅频特性在通带和阻带里有波动，可以提高选择性；贝塞尔滤波 器通带内有较好的线性相位特性；椭圆滤波器的选择性最好。本设计IIR 数字滤波器采用巴特沃什滤波器[3]。 设计巴特沃什数字滤波器时，首先应根据参数要求设计出相应的模拟 滤波器，其步骤如下： （1）由模拟滤波器的设计指标wp ，ws ，Ap ，As 和式（1）确定滤波器 阶数N 。 )lg(2)110110lg(1.01.0w w s p As Ap N --≥ （1） （2）由式（2）确定wc 。
实验一-交叉耦合滤波器设计与仿真
实验一交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S参数 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik （k=1,2,3,…,N）表示各谐振腔的回路电流，Mij表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N，且i≠j)。在这里取ω0=1，即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk（k=1,2,3,…,N）表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示:
e R 2 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ??? ? ??????????????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式：I R M sU ZI E )(0++==j 其中，??? ? ? -=+ =ωωωω11j j j s 一般来讲，频率都归一成1，即ω≈ω0=1,则 ij ij ij M j M j jM 0ωω≈≈ 其中E 为电压矩阵，I 为电流矩阵，Z 为阻抗矩阵， R M U Z ++=00j s U0是N ×N 阶单位矩阵。M 是耦合矩阵，它是一个N ×N 阶方阵，形式如下：
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：
带通滤波器设计模拟电子技术课程设计报告大学论文
模拟电子技术课程设计报告带通滤波器设计 班级：自动化1202 姓名：杨益伟 学号：120900321 日期：2014年7月2日 信息科学与技术学院
目录 第一章设计任务及要求 1、1设计概述------------------------------------3 1、2设计任务及要求------------------------------3 第二章总体电路设计方案 2、1设计思想-----------------------------------4 2、2各功能的组成-------------------------------5 2、3总体工作过程及方案框图---------------------5 第三章单元电路设计与分析 3、1各单元电路的选择---------------------------6 3、2单元电路软件仿真---------------------------8 第四章总体电路工作原理图及电路仿真结果 4、1总体电路工作原理图及元件参数的确定---------9 4、2总体电路软件仿真---------------------------11 第五章电路的组构与调试 5、1使用的主要仪器、仪表-----------------------12 5、2测试的数据与波形---------------------------12 5、3组装与调试---------------------------------14 5、4调试出现的故障及解决方法-------------------14 第六章设计电路的特点及改进方向 6、1设计电路的特点及改进方向-------------------14 第七章电路元件参数列表 7、1 电路元件一览表---------------------------15 第八章结束语 8、1 对设计题目的结论性意见及改进的意向说明----16 8、2 总结设计的收获与体会----------------------16 附图(电路仿真总图、电路图) 参考文献
实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真
实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个源-负载耦合的交叉耦合滤波器 2.查看并分析该源-负载耦合的交叉耦合滤波器的S 参数 二、实验设备 装有HFSS 软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入了交叉耦合，以得到有限频率传输零点，从而提高了滤波器的选择特性。一般来讲，一个N 腔交叉耦合滤波器最多能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N 个谐振器的滤波器，如果在源与负载之间也引入耦合，则可实现N 个传输零点。源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型如图所示。 e R 2 在上图所示的等效电路模型中，ij M 表示各个谐振腔之间的耦合系数，Si M 、L i M 分别表示源、负载与第i 个腔之间的耦合系数。SL M 则表示源与负载之间的耦合系数。整个电路由N 个谐振腔构成，各个谐振腔之间是电感耦合。对于窄带滤波器，做如下规一化： 110=?=ωω，
这里0ω为中心频率，ω?为相对带宽。 回路矩阵方程为： R)I M (sU I Z E 0++=?=j 其中，0U 是将(N+2)×(N+2)阶单位矩阵中第一个元素和最后一个元素令为0，其它元素都保持不变所得的矩阵。M 是耦合矩阵，是一个(N+2)×(N+2)阶方阵，其中对角线上的元素代表每一个谐振腔的自耦合，它表示每一个谐振腔的谐振频率i f 与滤波器的中心频率o f 之间的偏差。（在同步调谐滤波器中，我们认为每个谐振腔的自耦合系数的值都取零）。矩阵中非对角线上的元素表示各个谐振腔之间的耦合系数。 R 矩阵是(N+2)×(N+2)阶方阵，除21)2,2(,)1,1(R N N R =++=R R 非零以外，其它元 素值都等于零。 由上可得到该滤波器网络的传输函数： )() (22 )(2112Z Z 1N D cof D R R e R i s t L == 其中，)(1N Z cof D 表示Z 矩阵的第一行；第N 列元素的代数余子式；)(Z D 表示Z 矩阵的行列式。 对上式做进一步分析，可以发现：其分子多项式与分母多项式是同阶多项式。因此，必须选择分子分母同阶的函数形式作为源．负载耦合交叉耦合滤波器的逼近函数。一般情况下，我们可以通过将奇数阶椭圆函数的分子多项式舍去一个零点，或者直接选择偶数阶椭圆函数作为逼近函数。这里需要指出的是，两种逼近函数的构造方法，都必须对波纹系数做一定的修正。 将滤波器看作一个二端口网络，那么其导纳矩阵为
交叉耦合吸收滤波器的设计
交叉耦合吸收滤波器的设计 微波滤波器一般将电磁(EM)波从负载反射回信号源。但在有些情况下，例如要将反射波从输入中分离出来，以便保护信号源免受过高的功率。基于这个原因，已经开发出吸收滤波器以尽量减少反射。 图1表示了吸收滤波器的基本结构。这种类型的滤波器非常有用，其不仅是一个吸收滤波器，还是功率合成器或双工器。当仅有一个信号输入(端口1)时，端口2是吸收端口，而端口3是隔离端口。端口4是输出端口。当不同的输入信号作用于端口1和端口3时，该结构也可以作为一个信号合成器。最近，在微波和毫米波系统的波导应用中已经提出了基片集成波导(SIW)技术2,3。SIW由基片上的各种金属阵列组成。采用标准印制电路板(PCB)或低温共烧陶瓷(LTCC)基片来制造SIW器件。SIW技术具有一定的优势，例如高品质因数(Q)、低插入损耗、减小了体积、降低了成本，并易于与平面电路进行集成。因此，SIW 技术广泛地应用于各种不同的滤波器以及双工器的设计。 在本文中，已经研制成功一种基于SIW技术的新型交叉耦合吸收滤波器。其具有锐选择性和高Q值，并易于与平面电路进行集成。本文中研发的3-dB两步混合耦合器与先前已出版的著作不同。这一3-dB混合耦合器具有良好的功率分配性能。该吸收滤波器采用标准PCB板进行制作，并且将实测数据与仿真结果进行比较后表明二者相差很小。很明显，以空气填充波导管变换的SIW与SIW-微带波导管变换相比可以提高功率并减小插入损耗。 例如，吸收滤波器常常用于将反射EM波从输入信号端口分离出来，从而保护该端口免于信号过载。吸收滤波器的结构(图1)也可用于其他应用。图1中的两个滤波器是一致的。
滤波器设计流程
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：
实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真上课讲义
实验二源-负载耦合的交叉耦合滤波器设 计与仿真
实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个源-负载耦合的交叉耦合滤波器 2.查看并分析该源-负载耦合的交叉耦合滤波器的S 参数 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入了交叉耦合，以得到有限频率传输零点，从而提高了滤波器的选择特性。一般来讲，一个N 腔交叉耦合滤波器最多能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N 个谐振器的滤波器，如果在源与负载之间也引入耦合，则可实现N 个传输零点。源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型如图所示。 e R 2 在上图所示的等效电路模型中，ij M 表示各个谐振腔之间的耦合系数，Si M 、L i M 分别表示源、负载与第i 个腔之间的耦合系数。SL M 则表示源与负载之间的耦合系数。整个电路由N 个谐振腔构成，各个谐振腔之间是电感耦合。对于窄带滤波器，做如下规一化： 110=?=ωω， 这里0ω为中心频率，ω?为相对带宽。 回路矩阵方程为： R)I M (sU I Z E 0++=?=j
其中，0U 是将(N+2)×(N+2)阶单位矩阵中第一个元素和最后一个元素令为0，其它元素都保持不变所得的矩阵。M 是耦合矩阵，是一个(N+2)×(N+2)阶方阵，其中对角线上的元素代表每一个谐振腔的自耦合，它表示每一个谐振腔的谐振频率i f 与滤波器的中心频率 o f 之间的偏差。（在同步调谐滤波器中，我们认为每个谐振腔的自耦合系数的值都取 零）。矩阵中非对角线上的元素表示各个谐振腔之间的耦合系数。 R 矩阵是(N+2)×(N+2)阶方阵，除21)2,2(,)1,1(R N N R =++=R R 非零以外，其它 元素值都等于零。 由上可得到该滤波器网络的传输函数： )() (22 )(2112Z Z 1N D cof D R R e R i s t L == 其中，)(1N Z cof D 表示Z 矩阵的第一行；第N 列元素的代数余子式；)(Z D 表示Z 矩阵的行列式。 对上式做进一步分析，可以发现：其分子多项式与分母多项式是同阶多项式。因此，必须选择分子分母同阶的函数形式作为源．负载耦合交叉耦合滤波器的逼近函数。一般情况下，我们可以通过将奇数阶椭圆函数的分子多项式舍去一个零点，或者直接选择偶数阶椭圆函数作为逼近函数。这里需要指出的是，两种逼近函数的构造方法，都必须对波纹系数做一定的修正。 将滤波器看作一个二端口网络，那么其导纳矩阵为 ()()()()()()()()()()??? ???-+??????=?? ????=??????=∑=k k k k N k k n n n n d r r r r j s K K j s y s y s y s y s y s y s y s y s y 2221121110022211211222112111001λY 这里假设源和负载阻抗相等并设为1Ω，则当N 为偶数时， ()()()()() s m s n s y s y s y d n 112222== ()()()()[]() s m s P s y s y s y d n 12121ε== 当N 为奇数时， ()()()()() s n s m s y s y s y d n 112222==