一种小型化发夹型双频交叉耦合滤波器的设计
第32卷 第1期2011年3月制 导 与 引 信
GU IDANCE&FUZE
V o l.32No.1
M ar.2011
文章编号:1671 0576(2011)01 0040 05
一种小型化发夹型双频交叉耦合滤波器的设计
汪 敏, 王 银, 吴 文
(南京理工大学近程高速目标探测国防重点实验室,江苏南京210094)
摘 要:结合交叉耦合滤波器综合技术及利用寄生通带实现双通带方法进行双频带通滤波器的设计。将阶梯阻抗谐振器(SIR)结构引入小型化发夹谐振器,利用寄生通带灵活设计双频带通滤波器;利用交叉耦合技术在滤波器阻带产生传输零点,以实现高性能的带外抑制特性;选取4阶2对称传输零点的拓扑结构来实现双频交叉耦合矩阵。研制出的四阶小型化发夹型双频带通滤波器中心频率为2.35GH z和5.15GH z,带外衰减基本在30dB以上;体积小、性能好,具有很好的实用性。
关键词:交叉耦合;双频;带通滤波器
中图分类号:T M93 文献标识码:A
A Double frequency Cross Coupling Filter Design Using
Compact Hairpin Resonators
WA N G M in, WA N G Yin, W U Wen
(M inisterial Key Labor ator y o f JGMT,Nanjing U niv ersity o f
Science and Technolog y,Nanjing Jiangsu210094,China)
Abstract:A new design on dual frequency bandpass filters has been investigated by in teg rating cross coupling filter synthesis techniques w ith utilizing parasitic passband o f re so nators to perform the seco nd passband.Step impedance resonators are introduced to hair pin r esonators to achiev e dual frequency resonators.Ex cellent stopband per for mance is real ized by pro ducing appropr iate transm ission zeros by cross coupling betw een resonato rs w ith out off band depression characteristic of high perform ance.T he topolog ical structure o f four step tw o sym metr y transmission zero is selected to realize dual fr equency cro ss co upling ma trix.A dual frequency bandpass filter operating at frequencies of2.35GH Z and5.15GH z, w ith isolation in stopband mor e than30dB,has been successfully dev elo ped and m easured results match simulated ones v ery w ell.
Key words:cross coupling;double frequency;bandpass filter
收稿日期:2010-12-29
作者简介:汪 敏(1972-),女,副教授,主要从事微波电路及天线技术的研究。
第1期汪 敏,等:一种小型化发夹型双频交叉耦合滤波器的设计 0 引言
随着现代战场环境越来越复杂,对引信探测
系统精确探测以及抗干扰性能的要求越来越高,
多频/双频复用的探测系统以及射频器件的研究
越来越受到重视。双频段微波滤波器,同时工作
在两个不同频段,能够有效地滤除各种无用信号
及噪声信号,降低各探测通道之间的信号干扰,是
引信探测系统中重要的射频部件之一。
交叉耦合滤波器技术是目前滤波器综合设计
技术的研究热点。采用交叉耦合技术可以人为地
引入了有限传输零点[1],灵活调节传输零点的位
置,从而能够获得很好的带内、带外性能。另一方
面,利用耦合谐振器结构实现单频段带通滤波器
时,谐振器高频寄生通带会影响滤波器阻带特性,
使滤波器阻带宽度大大降低。本文则采用级间耦
合结构,将阶梯阻抗谐振器(SIR)结构引入小型
化发夹谐振器,巧妙地利用谐振器的第一杂散频率
来设计滤波器第二通带,实现双频特性。本文设计
的滤波器尺寸小、性能好,具有较好的实用价值。
1 双频谐振单元设计
引入SIR谐振器的小型化发夹谐振器是把
一段标准的SIR谐振器的开路端折叠成一段平
行耦合线而形成内部耦合的元件,这样既缩小了
谐振器的尺寸,又增加了设计的灵活性,多了一个
内部耦合的设计自由度。其结构示意图如图1
(a)所示,图1(b)是其几何等效电路,由一段传输
线和一段耦合微带线组成。此谐振器的特征参数
可以由耦合线部分的基本谐振(奇模)和第一杂散
谐振(偶模)来描述[2]。
对电路方程进行奇偶模分析[2],可以推导得
出偶模和奇模谐振方程式分别为
tan t
2
=
Z0o
Z t
cot 0o
cot t
2
=
Z0e
Z t
co t 0e(1)
式中:Z t和 t分别为传输线的特征阻抗和电长度;耦合线的奇偶模阻抗以及对应的耦合角分别为Z0o,Z0e和 0o, 0e
。
(a)
结构图
(b)几何等效电路
图1 小型化发夹谐振器
对于小型化发夹谐振器来说,基本谐振模式就是第一奇模谐振模式;第一杂散谐振模式就是第一偶模谐振模式。与阶梯阻抗谐振器类似,通过调节耦合线奇偶模阻抗和传输线阻抗之比R o =Z0o/Z t和R e=Z0e/Z t,即可调节基本谐振频率和第一杂散频率,从而设计出符合要求的双频谐振器。
图2所示的分别是不同的奇模阻抗比下,归
一化基本谐振频率与奇模电长度比值的关系图。
图2 不同的奇模阻抗比下, 0o/ t与归一化
基本谐振频率之间的关系
图3为不同的偶模阻抗比下,归一化第一杂散谐振频率与偶模电长度比值的关系图。
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图3 不同的偶模阻抗比下, 0e/ t与归一化
第一杂散频率之间的关系
从图2和3中可以看出,当奇模阻抗比R o< 1时,阻抗比越小、电长度比 0o/ t越大,基本谐振频率就越小,也即能达到小型化的目的。
根据这两组关系曲线就可以确定出符合实际要求的单个谐振器尺寸。设计过程中选取Z t= 62 ,为了使单个谐振器更为小型化,也就是使得谐振器的几何拓扑结构更为紧凑且总体物理长度达到尽量小,又兼顾考虑2.35GH z/5.15GH z 两个通带的频率要求,最后选择参考频率为2.7 GH z,阻抗比R z=0.67,得出奇模阻抗比R o= 0.55,偶模阻抗比R e=0.75,长度比 0o/ t= 0e/ t =0.17。
选择Rog er s公司的介质板RO4003(介电常数为3.38,厚度为0.813m m),经ADS软件进一步优化后得到如图1所示的单个谐振器的设计尺寸为
w1=2.5m m s1=0.5m m
w2=1.3mm L1=3.3mm
L2=5.9mm L3=9.6mm
L C=3.85mm
2 交叉耦合设计
对于一个N阶无耗二端口滤波器网络,其传输和反射函数可以用两个N次多项式之比来表示:
S21( )=P N( )
E N( ) S11( )=
F N( )
E N( )
(2)
式中: 为实频率变量; 为S21的等波纹参数,由通带内回波损耗RL(单位为dB)决定:
=1
10RL10-1
P N( )
F N( ) =1
(3) 根据能量守恒原理,有S211( )+S221( )=1,故可得:
S221( )=
1
1+ 2C2N( )
=
1
[1+j C N( )][1-j C N( )]
(4)其中:
C N( )=
F N( )
P N( )
(5) 定义广义切比雪夫函数[1,3]
C N( )=cos h N n=1cos h-1(x n)
x n=
-1/ n
1- / n
(6) s n=j n就是传输零点在复频域上的位置。其中,对称传输零点必须在复平面的虚轴上以保证C N 的分子分母多项式都为实系数,且有限传输零点的个数应该小于等于N-2,除了这些有限零点外的其他零点均为无限零点,也就是说N阶滤波器最少要有两个无限零点。因此,利用广义切比雪夫函数,可以在滤波器阻带引入传输零点,以实现高性能的带外抑制特性。
考虑尺寸原因
,本文设计4阶广义切比雪夫滤波器,拓扑结构如图4所示,采用2对称零点归一化模型。
图4 四阶交叉耦合滤波器的拓扑结构(单元由左上角到右上角依次为1,2,3,4单元)
选择两个有限传输零点位置 1.8,理论回波损耗RL=20dB。结合两个无限传输零点 ,
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第1期
汪 敏,等:一种小型化发夹型双频交叉耦合滤波器的设计
利用递推方法综合出滤波器传输和反射函数的分子分母表达式为
F 4(s)=1 s 4+0 s 3+1.0460 s 2+
0 s 1+0.1491
(7) P 4(s)=1 s 2+0 s 1+3.24
(8) E 4(s)=1 s 4+2.0839 s 3+3.2173 s 2+
2.8146 s 1+1.4906
(9)
可以得到理想的频率响应,如图5
所示。
图5 四阶2对称零点归一化响应曲线
得到传输矩阵和反射矩阵后,根据电网络综合理论进行耦合矩阵提取[3],再进行斯密特正交化并消去一些不能实现的耦合后得到耦合矩阵为
M =
0.85600-0.2197
0.856000.7860000.786000.8560-0.2197
0.8560
0(10)
这是归一化低通原型的耦合矩阵,将其乘以通带的相对带宽FBW,可以分别得到第一和第二通带的带通响应耦合矩阵为
M 1=
0.04280-0.0109
0.042800.0393000.039300.0428-0.0109
00.04280
(11)M 2=
0.02570-0.0066
0.025700.0236000.023600.0257-0.0066
0.0257
0(12)
两个微带谐振器之间耦合的大小由耦合结构
和耦合距离的大小而定。根据耦合系数的理论设计,确定每一个耦合系数与谐振器耦合距离之间的关系,是交叉耦合滤波器设计的关键。
本文采用图4所示的CQ 耦合结构[4],在通带高端与低端带边各出现一个传输零点,1 2和3 4两个混合耦合只要满足相移相同即可,不需要判断是电耦合还是磁耦合,故设计灵活方便。采用高频电磁仿真软件对各对耦合结构进行仿真,根据谐振点附近出现的两个分离谐振峰,计算出耦合系数。而对于双频段谐振器,谐振器间的耦合会使谐振器特性曲线中出现四个谐振峰f
01
,
f 02,f 11,f 12,分别对应谐振器的基频和第一杂散频率。通过下式
k 12=f 202-f 201f 202+f 201 k 12=f 212-f 2
11
f 212+f 2
11
(13)得到两个频率下对应的耦合系数。选取不同的耦合距离进行多次仿真,即可建立起2.4GH z 和5.1GH z 下两组耦合系数与耦合距离之间的关
系。
在实际设计中,耦合距离需要同时满足两组耦合系数和两个通带的要求,在理论上很难得出精确值,必须以设计指标为参考进行折中考虑。以理论上参考值为基础,进行多次仿真调试,最后得出优化结果为
s 2=0.75mm s 3=0.55mm s 4=1mm
d =0.125m m
(14)
在输入输出设计上,为满足双频输入输出阻抗匹配的要求,本文采用由两段长度约为四分之一波长阶梯阻抗微带线组成的双频段阻抗变换器[5]
,使源和负载阻抗Z 0在f 0和f 1都能匹配到阻抗Z L 。
3 研制结果
通过仿真和精心调试,最终研制的实物如图7所示。图8为滤波器响应的仿真和测试结果。 从图中的仿真结果可以看出,两通带的中心频率分别为2.35GH z 和5.15GH z,插入损耗大约分别为0.8dB 和1.8dB,回波损耗也达到了15dB 以上,传输零点的位置分别在 1.3和 2处,与理论上设计的 1.8存在一定偏移,这主要是在对两通带的性能进行折中考虑时,耦合距离
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图7 小型化发夹滤波器实物照
片
图8 滤波器S 参数的仿真与测试结果
和馈电点位置的改变导致了传输零点位置发生了偏移。但是,四个传输零点仍然使得两通带具有较为迅速的带外衰减。另外,由于各谐振器之间的间隙耦合,产生了一个额外的传输零点[6]
,幅度
达到了-70dB,能较好地抑制阻带的强干扰,并且对两通带之间起到了很好的隔离作用。测试结果与仿真结果基本吻合。但由于加工误差,两通带的中心频率分别偏移了大约15M H z 和30M H z,两通带的实际插入损耗大约分别为-2dB 和- 3.8dB,两个频带的相对带宽分别是3.83%和2.46%,阻带衰减最小仅为30dB 。尽管如此,由交叉耦合产生的传输零点使得滤波器体现出良好的带外抑制性能,而小型化发夹紧凑的结构更使滤波器具有很好的使用价值。
4 结论
本文结合交叉耦合滤波器综合及利用寄生通带实现双通带方法进行双频带通滤波器的设计。首先分析小型化发夹谐振器第一杂散频率和基频位置的关系,设计出双频小型发夹谐振器。然后基于交叉耦合滤波器设计理论,设计了一个4阶交叉耦合的中心频率2.35GH z/5.15GH z 的双
频带通滤波器。
仿真和实测结果表明,该滤波器有良好的带内带外特性,能够满足双频应用的需要,体积小,具有很好的实用价值。参考文献
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E T r ansactio n on M icro wav e T heor y T echno lo g y,2000,48(12):2482 2490.
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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
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
发夹式耦合线微带滤波器设计
工业技术 ８ＣＩＥＮｃＥ＆ＴＥａ奇衄ｏｏＹ 发夹式耦合线微带滤波器的设计 吴东升包建晔 （安徽建筑工业学院计算机与电子信息工程系合肥２３００２２） 摘要：随着无线通信的发展，对通信系统的性能的要求越来越高，微波滤波器在通信系统中起着越来越重要的作用。性能良好的滤波器能充分利用频率资源，扩充系统容量，很好地抑制带外信号的干扰、改善通信服务。本文分析了微波滤波器的特性，介绍了微波滤波器的发展及其在微波通信中的作用。针对兀＝１．９ＧＨｚ、旦＝２００删Ｚ（３ｄＢ带宽），鼠＝５００删ｚ（阻带带宽），带外抑制≥５０ｄＢ的滤波器的技术指标，描述了该滤波器的设计方法，设计原理，ＣＡＤ模拟仿真过程?给出了设计仿真结果。 关键词：带通滤波器微带滤波器发夹耦合微带线 中文分类号：ＴＮ７２２．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３７９ｌ（２００７）０２（ｂ）一００２９＿二０２ １前言 微波滤波器作为微波通信的重要器件之一，得到了不断的发展。其种类繁多，按其所用传输线的类型来分，就可分成波导滤波器、同轴线滤波器，带状线滤波器和微带滤波器等等。 为了降低损耗，采用封闭结构的同轴线和波导来制作滤波器，这样防止了辐射损耗，提高了工作性能。但同轴线和波导的最大缺点是体积、重量大。随着空间电子技术（例如空用雷达技术和其它空用电子设备，卫星通信设备等）的发展，设备的体积和重量成为一个主要矛盾。此外，同轴线滤波器和波导滤波器还存在加工量大，成本高，调整不易等缺点。 而微带滤波器采用印刷电路的方法，把微带印刷在很薄的介质基片上，其横截面尺寸比波导和同轴线小的多。此外，整个电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，这样使整个电路结构大为紧凑，较好地解决了小型化问题。但微带电路的半开放性，其损耗较大。随着微带滤波器制造工艺的不断进步，以及高性能材料如高温超导材料的不断涌现，又像微波固体倍频器，微波固体混频器等这些微波固体器件相当大部分被做成微带集成电路形式，因此微带滤波器得到了迅速的发展。 ２微波滤波器的基本原理 ２．１原型低通滤波器 对于原型低通滤波器的设计，通常用归一化频率Ｑ（Ｑ＝∞／功。）代替真实频率彩，然后根据这个特性进行网络综合，得到的滤波器被称为原型低通滤波器。原型低通滤波器是滤波器设计的主要依据。通常用的原型低通滤波器主要有巴特沃兹（最大平坦）原型滤波器、切比雪夫（等波纹）原型滤波器和椭圆函数原型滤波器。 巴特沃兹原型低通滤波器的带内插入衰减为：三。＝ｌｏｌｇ（１＋．ｉ｝２Ｑ：”）ｄＢ 在通带外Ｑ＝Ｑ．处的带外插入衰减为：三。＝１０ｌｇｆｌ＋｜ｊ｝２Ｑ！”）ｄＢ 巴特沃兹滤波器具有单调下降的幅频特性，其过渡带变化较平缓。 切比雪夫原型低通滤波器的插入衰减：￡＝ｌＯｌｇｎ＋．ｉ｝。ＺｊｆＱ））ｄＢ 上式中Ｔｎ（Ｑ）为切比雪夫多项式。切比雪夫原型虽然在通带内有起伏，但是它的起伏是控制在Ｌｐ以内，而且其过渡带要比巴特沃兹原型要陡峭的多。因此，切比雪夫原型 滤波器经常在微波滤波器设计中用到。 椭圆原型滤波器插入衰减为： 工＝ｌｏｌｇ（１＋ｇ２ｃ：（缈））ｄＢ 椭圆滤波器不仅在通带内出现等波纹变 化，而且在阻带内也有等波纹变化，从而使 得其通带到阻带的过渡变化非常陡峭。 对于综合设计原型低通滤波器，首先要 确定滤波器的阶数ｎ。通过插入衰减特性表 及其带外衰减的性能要求，可以确定阶数 ｎ。当ｎ确定后，原型低通滤波器的网络结 构就确定了，而原型低通滤波器的各参数则 可以通过查表或者通过计算机计算获得。 ２．２微波带通滤波器的频率变换 带通滤波器可以通过频率变换函数，借 助原型滤波器设计原理进行设计。 常用的频率变换函数有下面的两种： 第一种：一 Ｑ一些一．（竺一玛：上（旦一马 脚２一∞ｌ彩。 国∥国。彩 式中缈２，国２为带通滤波器的截止频率， 国。为中心频率，Ｗ为相对带宽，即： 旷厢，矿＝警 第二种： Ｑ：旦（旦一１）：三（旦一１） 彩２一缈１国Ｏ∥功０ 上式中∞。为中心频率，Ｗ为相对带宽， 它们分别为： ３．３确定滤波器的结构 滤波器的结构有：梳状结构，发夹结 构，平行耦合结构等等。 我们设计的是发央式耦合微带线式带通 滤波器。如图一所示 ］Ｕ几Ｕ几Ｕｒ 圈一九阶发夹耦合带通滤波器示意１４Ｉ；Ｉ ３．４确定设计方法 如上所述，滤波器的设计方法有最大平 坦度法，切比雪夫法或者准椭圆滤波器设计 法等等。 由于设计的是带通滤波器。按照切比雪 夫原型设计出的带通滤波器虽然在通带内衰 减的变化有起伏波纹，但不超过预先给定 值，并且在此条件下，可得到相当陡峭的带 外衰减特性。因此我选用的是切比雪夫原型 滤波器来设计。 ３．５参数计算 计算结果如下：’ Ｚ００（１）３３．２０９４４，Ｚ。（１）６６．７９０５６，ＺＨ（１） ４７．０９６４６ Ｚｏｏ（２）３９．５０３７３，Ｚ。（２）４９．８１６７２，ｚＨ（２） ４４．３６１５４ Ｚ。（３）４０．６０５９０，ｚ。（３）４８．４６４５４，ｚＨ（３） ４４．３６１５４ 旷扣嘲肚警 对于窄带微波带通滤波器来说，一般选４ 用第二种频率变换公式。 ３微波滤波器的设计 ３．１已知所设计的滤波器的相关参数为 中心频率：厶＝１．９ＧＨｚ３ｄＢ 带度：Ｂｌ＝２００删ｚ 阻带带宽：鼠＝５００ＭＨｚ 带外抑制：≥ｄＢ通带衰减：２．５《ｄＢ 驻波比：≤１．３ 介质片的相对介电常数￡ｒ＝９．６，厚度 ｈ＝ｌｍｍ ３．２确定滤波器的类型 滤波器的类型有微波滤波器、带状线 滤波器、介质滤波器、波导滤波器和表面波 滤波器等等。因为微带结构简单，便于制 作，所以我们选用的是微带。 ｗ，０．９０， ｗ，１．２２， ｗ３１．２２， ｓｌＯ．２４， ｓ２１．１５， ｓ３１．４６， １１１５．８０ １．１５．２７ １３１５．３７ 滤波器特性的软件模拟 根据上面设计的参数作为原始参数，利 幽２滤波器的频率特性 用ＥＥＳＯＦ软件中进行模拟，优化，得到滤 波器的频率特性如图２所示。 （下转３ｌ页） 乖斗技资讯ＳｃＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬ００ＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２９ 万方数据
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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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
微带线带通滤波器的ADS设计
应用ADS设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线的基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，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，这样所有的具有串联短截线的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的滤波器也不太适合于微带结构。 微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有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2GH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%的相对带宽，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。 （刃耦合微幣线滤彼器 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，以防止表面波的直接耦合。这种滤波器的精确设计较难。
(3)岌夬线带通滤波器 4、1/4波长短路短截线滤波器 (4)1/4波长您路短戡线湛枝器 5、半波长开路短截线滤波器 (5)1/2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的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。 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的，它不要求对 地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上(可以簿到1mr以下)，故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的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。 关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，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的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中，为避免繁杂的运算，一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。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，而不追求过分的简化。基于实际设计的需要，我对于平行耦合线微带
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
发夹滤波器设计
微带滤波器和耦合电路的设计、制作和测量 1 前言 当今的微波设计师依赖许多工具来制作高效的电路和系统。他们要利用已有的参考资料和强大的EDA工具和电磁（EM）分析工具，还必须结合自己的实践经验来进行制作。这些工作最终需要通过制作电路和测试完成的电路来实现。这篇文章描述了两个微带电路设计是如何使用各种不同工具开发，用电路板铣制设备快速制作，然后经过测量来验证设计方法的正确性。 样例中的设计是一个典型的带宽3.7到4.2GHz的发夹型滤波器和一个1到8GHz的定向耦合器，使用Schiffman锯齿技术减小尺寸。发夹型滤波器用Agilent ADS1.3软件设计和仿真，用Sonnet Lite软件进行平面EM分析。耦合器运用了基于设计规则的变换，有一个现存的阶梯线形式的耦合器设计来启动。 两个电路都是用LPKF光电股份有限公司的Protomat C100HF型设备制作出来的，使用HP(Agilent) 8753E网络分析仪获得测量结果。 2 设计样例 3.7到4.2GHz的发夹型滤波器 2.1 设计 这个滤波器设计用于在3.7到4.2GHz的带宽上获得一个平坦的响应。插入损耗和回波损耗在此频段优于16dB。这个滤波器用在下变频器输入端进行镜频抑制。该设计选用一个典型的发夹型滤波器，它将能满足设计要求的性能和尺寸。 滤波器由ADS1.3设计，图1是结果图样。当然，这是一个熟悉的发夹型结构。滤波器占用的面积约为500 x 1200 mils (0.5 x 1.2 in.)，包括用来保持恒定逻辑属性的发夹循环所需的足够面积。 图2是在ADS中的设计和优化结构。这个拓扑形是中心对称的，所以设计成两段，由一个“背靠背”结构连接。由于数学方面上的结构尺寸减小，计算时间被大大缩减。
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
高可靠性发夹型带通滤波器的设计与制作_李艳江
第29卷第10期电子元件与材料V ol.29 No.10 2010年10月ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Oct. 2010 高可靠性发夹型带通滤波器的设计与制作 李艳江，吴孟强，彭森，周晓华，张树人 （电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室 四川 成都 610054） 摘要: 依据微带发夹型带通滤波器的原理，进行了数学建模，并结合ADS2008的优化仿真功能对滤波器进行了优化设计。根据仿真结果，在高介电常数的陶瓷基板[MgTiO3-CaTiO3-Nd2O3，εr = 18，Q·f = 65 000（7 GHz），板厚度0.8 mm]上制作了中心频率f0 = 3.5 GHz、带宽为3.25~3.75 GHz的滤波器。经测试发现，制得的滤波器具有良好的端口反射特性，可靠性高，基本满足3.25~3.75 GHz频率范围内的特殊通讯要求。这表明本研究所用设计方法合理，适合于工程应用。 关键词:发夹型带通滤波器；微带线；ADS仿真设计 中图分类号: TN713 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2010）10-0054-04 Design and fabrication of hairpin bandpass filter with high reliability LI Yanjiang, WU Mengqiang, PENG Sen, ZHOU Xiaohua, ZHANG Shuren (State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China) Abstract: Mathematical models were established according to the principle of microstrip hairpin bandpass filter, and the design was then optimized using the simulation function of the software ADS2008. Based on the simulation results, microstrip hairpin bandpass filter, with a central frequency f0 = 3.5 GHz and a bandwith ranging from 3.25 GHz to 3.75 GHz, was fabricated on the high-permittivity ceramic substrate [MgTiO3-CaTiO3-CeO2, εr = 18, Q?f = 65 000(7 GHz)] with a thickness of 0.8 mm. The results show that the fabricated filter exhibits excellent port-reflection performance and high reliability, meeting the requirements of the special communication application iin the frequency band from 3.25 GHz to 3.75 GHz. This indicates that the design method is reliable and suitable for engineering applications. Key words: hairpin bandpass filter; microstrip; ADS simulation design 近年来，介质滤波器因具有体积小，损耗低、稳定性好和能承受高功率的特点，既广泛用于移动通信、卫星通信和电视电缆系统[1]，还用于特殊通信系统。这些装备除对滤波器的电性能提出高的标准外，还对其组装技术、可靠性等提出更高的要求。国内有人采用高介电常数微波陶瓷制作介质滤波器，但存在可靠性不高的弊端[2-3]。因此制造适应SMT的体积小，可靠性高的滤波器一直是有重要应用价值的研究课题。解决这个问题的有效途径是采用高品质因数、高介电常数、低温度系数的微波陶瓷来设计和制作。 钛酸镁是近年来在微波陶瓷领域应用广泛的介电材料，其介电常数εr为16~22，由于其原料丰富、成本低廉，引起了各国材料工作者的极大关注[4]。 笔者采用εr = 18的钛酸镁陶瓷作为基板材料来设计滤波器。由于微带带通滤波器具有设计简单、制作方便、体积小、成本低且便于集成等优点，在MIC和MMIC中得到广泛应用，所以笔者采用微带线结构设计和制作。和平行耦合线滤波器相比，发夹型带通滤波器具有紧凑的电路结构[5-8]。发夹型谐振器通过适当的耦合拓扑结构实现滤波，一方面，它是半波长耦合微带线滤波器的一种改良结构，其结构紧凑、尺寸较小而易于集成[5-6]；另一方面，其耦合线终端开路，无需过孔接地，消除了过地孔引 收稿日期：2010-07-05 通讯作者：李艳江 基金项目：四川省青年基金资助项目（No. JS0303001） 作者简介：吴孟强（1970－），男，四川崇州人，教授，主要从事微波材料与器件、能源材料与器件的研究，E-mail: mwu@https://www.360docs.net/doc/ee12977671.html, ； 李艳江（1983－），男，河北邯郸人，研究生，研究方向为微波射频电路及微波器件，E-mail: jinmi68@https://www.360docs.net/doc/ee12977671.html, 。 应用技术
(完整word版)微带线带通滤波器的ADS设计
应用ADS 设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线的基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，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，这样所有的具有串联短截线的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的滤波器也不太适合于微带结构。 微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有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％的相对带宽，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。 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，以防止表面波的直接耦合。这种滤波器的精确设计较难。
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的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。 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的，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上（可以簿到1mm以下），故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的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。 关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，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的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中，为避免繁杂的运算，一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。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，而不追求过分的简化。基于实际设计的需要，我对于平行耦合线微带
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：
同轴腔结构交叉耦合滤波器的设计
同轴腔结构交叉耦合滤波器的设计 摘要：现代微波通讯的迅速发展，对通道的选择性要求越来越高，不仅需要滤波器的过渡带尽可能窄，还可能需要产生非对称的频率响应，这就需要高性能的选频器件。传统滤波器如Butterworth和Chebyshev滤波器只有依靠增加滤波器的阶数才能满足要求，加工出来的滤波器重量和体积都非常大，不适合现代通讯的需求。椭圆函数滤波器虽然具有很好的选择性，但不能产生非对称的频率响应。广义Chebyshev函数滤波器能通过引入交叉耦合在有限频率处产生传输零点而不用增加滤波器阶数来提高通道的选择性，并且它的任意零点特性能产生非对称的频率响应，相当于把滤波器的阻带抑制能力都集中在所需要的一侧，从而可以用较少阶数的滤波器来实现很高的选择性，因此与传统滤波器相比，体积小、成本低且通道选择性更好，从而可以减小系统的体积和重量，满足现代通信的需求。 同轴腔滤波器通过在谐振腔之间开窗口或加探针，实现电感或电容耦合，通过改变窗口的位置、大小或者探针的粗细、长短等来控制耦合电感或电容的强弱以实现窄带滤波器；而且很容易实现谐振器之间的交叉耦合，通过控制交叉耦合的数量和强弱得以实现传输零点的位置和数目。在有电容加载的情况下，同轴腔滤波器具有小型化的优势，并且具有带宽窄、矩形系数高、功率容量高等优点，所以其应用前景非常广泛，是国内外广泛研究的热点。 总之, 同轴腔广义Chebyshev滤波器具有体积小、带宽窄、矩形系数高、功率容量高等优点, 是国内外广泛研究的热点。 本文主要论述运用广义切比雪夫滤波函数综合交叉耦合滤波器，并在HFSS中设计出了带有传输零点的四腔同轴腔滤波器。交叉耦合滤波器的综合设计从给定的滤波器参数(中心频率，带宽，带内的回波损耗，归一化端口阻抗等)开始，首先得出广义切比雪夫函数滤波器的反射系数和传输系数递推关系式，根据理论响应的表示关系式提取出描述各谐振腔耦合关系的耦合矩阵以及源与负载端的加载Q值;然后利用耦合谐振器电路理论在实际的微波电路结构中实现耦合矩阵中可实现的耦合系数和源与负载端的加载Q值。最终的仿真结果说明了这种方法的可行性和实用性。 关键词：广义Chebyshev函数交叉耦合同轴腔滤波器HFSS 耦合矩阵 Design Of Cross-coupled Coaxial Cavity Filter
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。
发夹型滤波器的设计
发夹型滤波器的设计 O 引言 在过去的十年中，由于无线个人通信及其他可移动接收机和发射机应用的迅猛增长为低损耗、小尺寸、重量轻且价格低廉的滤波器形成了一个重要的市场，这为微波滤波器的发展创造了很好的契机。微波滤波器作为系统中广泛使用的无源器件之一，它的性能好坏将直接影响到整个系统的优劣，而微带滤波器则因其重量轻、成本低、易加工更被看重。微带滤波器常采用的形式有发夹型、平行耦合线、梳状线、交指型和微带类椭圆函数滤波器等。但是不同形式的滤波器往往存在着各自的缺陷。例如平行耦合线滤波器由于各平行耦合节在一个方向上级联，故尺寸较大；梳状线滤波器和交指滤波器则需要过孔接地，这样在高频情况下就会不可避免的引入误差；椭圆函数滤波器的设计过程比较复杂，较难实现；而发夹型谐振器通过适当的耦合拓扑结构实现的滤波器，一方面，它是半波长耦合微带线滤波器的一种改良结构，结构比较紧凑，易于集成、尺寸较小；另一方面，其耦合线终端开路，无需过孔接地，这消除了过地孔引入的误差。因此，它具有更好的电性能，因而在微波平面电路的设计中有着良好的应用前景。 本文所研究的就是微带发夹型滤波器，根据微带滤波器设计的基本原理，并利用ADS在微带滤波器设计中的优化仿真功能，通过设计一个通带为1．70～1．80G的带通滤波器，详细论述了微带发夹型滤波器的通用设计方法。 l 发夹滤波器的综合设计 1．1 谐振单元的奇偶模阻抗 发夹型滤波器以开路式对称耦合微带单元级联而成，，其A矩阵为： 其等效电路图1(b)的A矩阵为： 式中，耦合谐振器带通滤波器的导纳倒置器的导纳J为： 其中，gi为低通原型滤波器元件值，FBW为滤波器相对带宽。 1．2 谐振器的耦合系数 耦合系数的计算精确与否直接关系到滤波器设计是否成功。因此，设计滤波器时，必须完成耦合系数的计算。两个发夹型谐振器之间的耦合根据谐振器放置的相对位置可分为电耦合、磁耦合和混合耦合三种情况，。谐振器的间距s和相对位置偏移d决定了耦合系数的大小。 谐振器之间的耦合系数K可按下列式(5)进行计算： fp1和fp2是当两个谐振器间的中心面分别被定义为电壁和磁壁时的谐振频率。 实际应用中，对于级联型滤波器，计算相邻谐振器间耦合系数一般使用下面的通用计算公式： 1．3 抽头位置的确定 抽头线发夹谐振器，当忽略发夹型谐振器两臂间自耦合的影响，可以得到其等效电路。 抽头位置l可由式(7)结合发夹谐振器的外部耦合系数式(8)是来确定。
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==
交叉耦合带通滤波器
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。 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，辐射相当显著，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
微带发夹型滤波器实例
例二、作为本小节的结束, 让我们结合下列的滤波器进行计算, 作为实例。 设要求一个通带滤波器, 其性能为: (1) 在中心频率f0=6680MHz的驻波比<1.1; (2) 在f0的变换器损耗<1.1db; (3) 3db带宽大于f0±19MHz, 同时小于f0±24MHz; (4) 在f0±10MHz内平坦度在0.3db以内; (5) 止带衰减: 在f0±70MHz上, L A≥50db。 第(1)和第(2)项指标涉及到元件的损耗, 我们暂时将它撇开, 这里我们以最大平滑滤波为例, 它的中心频率f0=6680MHz。 (Ⅰ)设计截止频率f1、f2和相对带宽W等: 根据要求, 设截止频率等于f截波±, 得: f1 =6680+21.5=6701.5 MHz
f2=6680-21.5=6658.5MHz 中心频率f0==6680 MHz 相对带宽为: 这是一个频率比较窄的滤波器。 (Ⅱ)选择元件数n 元件数n取决于要求的第(5)项和第(4)项。要求(5)提出在f0±70MHz的频率上,L A≥50 db。这两个频率实际是 f4=6680+70=6750MHz f5=6680-70=6610MHz 首先我们得把这两个频率转换为它们所对应的母型滤波器频率ω'4和ω'5。因为换算后, ω'4更靠近零, 我们只需要考虑f4。
根据这个数据,我们可以在附图的曲线上查找。查到 n=5的曲线给出L A=51.4db, 已可以满足需要。故母型滤波器应由5个元件组成。这个步骤当然也可以用公式推算, 不过麻烦一些而已。 取n=5时, 验算要求(3), 完全可以满足而有余。 (Ⅲ)母型低通滤波器 在决定取n=5以后,我们便可以应用公式直接得到母 型低通滤波器如图26所示。 (Ⅳ)换算成带通滤波器 如果所要设计的滤波器系由集总参数的元件组成, 到了这里人们便可以根据上一步所得的母型低通滤波器, 应用式4和式5, 把它换算成图27所示的带通滤波器,这就是设计结果。 可是对于微波滤波器来说, 工作似乎只进行了一半, 还有一个怎样把图27的电路具体化的问题, 即采用 什么结构才以获得与图27的电路大致等同的效果。这个问题就是第二部分的内容。