SIW交指带通滤波器的设计与仿真
微波仿真论坛_交指带通滤波器的精确设计
23 交指带通滤波器的精确设计 夏运强 王 玲 （电子科技大学，四川成都 ６１００５４） 摘 要 用数据表综合出交指带通滤波器的初始值，然后用德国的三维高频电磁仿真软件ＣＳＴ４．２进行仿真，提高了设计效率和精度。
并给出了交指型带通滤波器的设计实例，仿真结果表明研制出的滤波器的性能和理论值基本一致。
关键词 交指滤波器，平行耦合线，谐振器，自电容，互电容。
中图分类号 ＴＮ７１３ １ 引 言 交指滤波器是指由平行耦合线谐振器阵交叉组成的结构，结构多用做慢波系统，但近来研究表明，它具有优良的带通特性，具有如下优点：（１）结构紧凑、可靠性高；（２）由于每个谐振器间的间隔较大，故公差要求较低，容易制造；（３）由于谐振杆长近似等于１／４0λ，所以第二通带中心在３0ω以上，其间不会有寄生响应；（４）既可以作成印刷电路形式，又可以作成腔体结构，用较粗的杆作成自行支撑，而不用介质。
因此，交指滤波器在电子系统，尤其是在通信技术及近代航空航天领域中被广泛使用。
一般的交指滤波器的设计都是从集中参数低通原型出发，经频率变换导出集中参数耦合谐振器带通滤波器的设计公式，然后用微波结构来实现这些耦合结构和谐振器，从而得到交指带通滤波器，最后凭经验来调试。
而笔者根据平行耦合线理论得出交指线，再得出分布电容网络，然后利用数据表和曲线综合出交指滤波器的初始数据，最后进行计算机仿真和测试，这种方法和前者相比所用的设计公式更少，能更快地综合出初始数据。
２ 交指带通滤波器的设计原理 （１）平行耦合线理论 如图１所示为一组平行耦合线阵。
在此结构中所有矩形杆都有相同的ｔ／ｂ，杆之电特性用各杆对地的单位长自电容Ｃｋ和相邻两杆ｋ和ｋ＋１间的单位长互电容Ｃｋ，ｋ＋１来表现，而忽略不相邻杆间的耦合，经验表明，这样做对于所示结构，在某些滤波器应用中，是足够准确的。
2/0C 2/1C 2/2C 2/3C 01C 12C 23C 34C 2/0C 1C 2/ 2/2C 2/3C 0w 01s 1w 12s 2w 23s 3w 34s 图１ 平行耦合线阵的横截面图 交指带通滤波器的精确设计IT Age/May. 15, 2004设计这种平行耦合线阵的方法如下：在已知所有线的归一单位长自电容Ｃｋ／ε和线间的归一单位长互电容Ｃｋ，ｋ＋１／ε后，先选定ｔ和ｂ的值，因为 εε1,1,)(++=∆k k k k C C （１） 故由图１可查出Ｓｋ，ｋ＋１／ｂ，这样，可求出所有杆间的距离Ｓｋ，ｋ＋１。
微波交指型带通滤波器的设计
微波交指型带通滤波器的设计罗治贤;张怀武;程磊【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)027【摘要】A interdigital bandpass filter from 1 GHz to 1.41 GHz and another one from 1.41 GHz to 2 GHz are designed. They were from lumped low-pass structure transformation to interdigital microstrip line structure by classi-cal design method, so as to solve the problems that complex structure, narrow bandwidth and huge insertion loss of lumped structure fdter in high frequency. Based on ADS and VNA, the filters are simulated and optimized and the response of S21 had been measured. Final results show that achieve index requirements.%采用经典设计法,由集总低通结构变换到交指型微带线结构.设计了2个频带分别是(1-1.41)G和(1.41-2)G的交指型微带线带通滤波器,从而解决了集总元件滤波器在高频范围内结构复杂,带宽低和插入损耗太大的问题.基于ADS软件仿真和优化,并用矢量网络分析仪进行测量其S21曲线,设计最终结果与理论吻合,达到指标要求.【总页数】4页(P6617-6620)【作者】罗治贤;张怀武;程磊【作者单位】电子科技大学微电子与同体电子学院,成都610054;电子科技大学微电子与同体电子学院,成都610054;电子科技大学微电子与同体电子学院,成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN713.7【相关文献】1.抽头式微带交指型带通滤波器的设计 [J], 王俐聪;杨晓明;孙炘;朱捷2.交指型微带带通滤波器的设计 [J], 刘海强;周立学;李良3.应用于RFID技术中交指型微带带通滤波器的设计 [J], 张金;廖同庆;陈新民4.抽头式交指型带通滤波器的设计 [J], 穆吉儒;朱拥建;张荣君5.小型化交指型LTCC带通滤波器设计 [J], 乔冬春;戴永胜;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于基片集成波导(SIW)的多层转换器的设计与仿真
3 结束语
本文设计仿真的多层转换器，表现出了良好的传播特性，而且工艺要求低、加工简单，易于实现。该转换结构在Ku波段和K波段能够分别实现100%和86.82%良性传播，且比传统结构更紧凑，也更便于实际应用，完全适应微波器件日趋小型化的要求。该结构可用于设计常用微波器件、天线馈电结构等，故在现实生产生活中具有广泛的应用前景。
SIW侧壁由周期排列的金属通孔构成，等效于在矩形波导的窄壁横向开槽，以使SIW只能传输TEno模。
实验证明，SIW的传输特性和矩形波导类似，因此，SIW可以转化为等效矩形波导，并运用矩形波导的理论加以设计，从而提高设计效率。SIW的宽度W与等效矩形波导宽度W的等效关系如下：
式中，d为金属通孔直径，s为相邻通孔中心间距，W为SIW宽度。
基于基片集成波导（SIW）的多层转换器的设计与仿真
ห้องสมุดไป่ตู้0 引言
基片集成波导(SIW)是一种立体的周期性结构，它可利用PCB、LTCC等集成工艺获得，并可通过金属通孔或者空气过孔限制向外辐射的电磁波，从而代替传统矩形金属波导或非辐射介质波导(NRD)的集成类波导结构。
和传统的矩形金属波导相比，SIW同样有着良好的传播特性，诸如品质因数高、易于设计加工等，同时较传统波导更为紧凑，具有体积小、重量轻等优点，而且这种结构易于集成，因而可大大减小原有微波毫米波波导器件以及建立在波导基础上的其它微波无源器件的尺寸、重量和价格。基片集成波导技术可提供一种高品质的微波毫米波电路集成新技术，目前，它已逐渐为微波界所认识，并受到国际学术界与工业界的重视。
带通滤波器的设计和仿真
带通滤波器的设计和仿真学院信息学院姓名吴建亮学号 201203090224班级电信1202时间 2014年10月1.设计要求设计带通为300Hz～10KHz的带通滤波器并仿真。
2.原理与方案2.1工作原理：带通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或抑制，本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。
2.2总体方案易知低通滤波电路的截止角频率ωH大于高通滤波电路的截止角频率ωn，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。
先设计4阶的低通滤波器，截止频率，选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。
主要参数：电容则基准电阻，，取标称值2400pF，,取标称值14.7kΩ，，取标称值14.7kΩ，，取标称值7.32kΩ，,取标称值6.04kΩ，，,取标称值0.013μF,,取标称值3.01ķΩ，同理，设计一个4阶高通滤波器，通带增益，截止频率，选取第一级高通滤波器的,第二级的高通滤波器的。
主要参数如下：电容，，取标称值10kΩ，，取标称值27kΩ，，取标称值3.9kΩ，，取标称值62kΩ。
3 电路设计图3-1 高通滤波器图3-2 低通滤波器如上图3-1与图3-2所示为滤波器的电路，函数信号发生器生成信号经过级联在一起的4阶低通、高通滤波器后完成滤波。
4仿真、分析图4-1,图4-2,图4-3为频率分别为300Hz、1kHz与10kHz时的示波器波形显示，其输入的正弦信号的幅值均为2V，滤波器的仿真结果符合预期结果。
图4-1 时滤波器仿真结果图 4-2 f=1000Hz滤波器仿真结果图4-3 f=10kHz滤波器仿真结果图4-4 下限截止频率图4-5 上限截止频率图4-6 通带频率电路的波特图如图4-4，图4-5，图4-6所示。
从表4-1和图4-4所仿真结果看，滤波器通带范围理论值在，且在通带范围内增益较为稳定,在1左右。
《2024年耦合带通滤波器的仿真与设计》范文
《耦合带通滤波器的仿真与设计》篇一一、引言随着通信技术的不断发展，信号处理技术也日益成为研究的热点。
在信号处理中，滤波器是一种重要的器件，用于从混合信号中提取所需信号。
其中，带通滤波器是一种能够通过特定频率范围内的信号并抑制其他频率信号的滤波器。
耦合带通滤波器则是带通滤波器中的一种，其通过电感或电容等元件将不同频率的信号进行耦合和滤波。
本文旨在探讨耦合带通滤波器的仿真与设计，以期为相关领域的研究提供一定的参考。
二、耦合带通滤波器的基本原理耦合带通滤波器主要由电感、电容等元件组成，通过这些元件的耦合作用，实现对特定频率范围内信号的滤波。
其基本原理是利用电感、电容等元件的频率特性，使不同频率的信号在传输过程中产生不同的相移和衰减，从而实现滤波。
三、耦合带通滤波器的设计1. 设计目标与参数设定在耦合带通滤波器的设计中，首先需要明确设计目标，如所需通过的频率范围、滤波器的插损、回波损耗等指标。
然后根据这些指标进行参数设定，如电感、电容的值等。
2. 元件选择与电路拓扑在选择元件时，需要考虑元件的频率特性、精度、稳定性等因素。
常用的电感元件有空气电感、磁芯电感等；常用的电容元件有陶瓷电容、电解电容等。
根据设计需求和元件特性，选择合适的电路拓扑，如T型、π型等。
3. 仿真与分析利用仿真软件对电路进行仿真，观察电路的频率响应、插损、回波损耗等指标是否满足设计要求。
通过对仿真结果的分析，不断调整电路参数，以达到最佳性能。
四、耦合带通滤波器的仿真仿真是一种重要的手段，可以帮助我们更好地理解电路的性能和优化电路设计。
在仿真过程中，我们可以观察电路的频率响应、插损、回波损耗等指标的变化，从而了解电路的性能特点。
对于耦合带通滤波器，我们可以通过改变电感、电容等元件的参数来调整其性能。
在仿真过程中，我们可以使用各种工具来帮助我们更好地分析和优化电路设计。
五、实验与结果分析在完成电路设计后，我们需要进行实验验证。
通过实验测试电路的频率响应、插损、回波损耗等指标，将实验结果与仿真结果进行对比，以验证设计的正确性和可行性。
基片集成波导带通滤波器的设计
基片集成波导带通滤波器的设计作者：单武来源：《电子技术与软件工程》2015年第13期文章介绍了一种应用基片集成波导（SIW）技术的带通滤波器，此带通滤波器是由六个等边三角形谐振单元构成的。
这种结构的滤波器具有高品质因数、低插入损耗、大功率容量等优点。
文章设计了中心频率在8.6GHz、带宽800MHz的带通滤波器，并利用HFSS仿真软件对这种滤波器进行优化和仿真，得到满意的结果。
【关键词】基片集成波导SIW 带通滤波器等边三角形谐振单元1 引言随着现代微波毫米波电路系统的高速发展，其功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高，同时要求其体积越来越小、重量越来越轻；整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。
低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。
因此，迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。
正是为了解决上述矛盾，一种基于介质基片的波导结构被提了出来——基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）。
基片集成波导（SIW）是一种立体的周期性结构，它能够利用PCB、LTCC等集成工艺制作，通过金属通孔或者空气过孔限制向外辐射的电磁波，从而代替传统矩形金属波导或者非辐射介质波导（NRD）。
同时，由基片集成波导技术所构成的元器件具有高品质因数、大功率容量、造价低和易于集成等优点。
本文介绍了使用等边三角形基片集成波导谐振器设计的带通滤波器。
最后设计出了一个中心频率为8.6GHz、带宽为800MHz的基片集成波导带通滤波器。
2 SIW应用和研究现状近年来，在对基片集成波导传输特性研究的基础上，SIW的应用也得到了较为广泛的发展。
利用基片集成波导形成的无源微波器件，如定向耦合器、功分器、滤波器、天线等，都展现出了与传统意义上的矩形金属波导构建的微波器件相媲美的性能。
2.1 定向耦合器定向耦合器作为一种重要的无源器件被广泛地应用于现代微波毫米波通信系统，在天线阵列馈电网络中，定向耦合器是一个主要部件。
基于SIW技术的毫米波滤波器研究与设计
基于SIW技术的毫米波滤波器研究与设计杨君豪;孙曼;张金玲【摘要】基于基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)结构设计了两款四阶的耦合带通滤波器,使用三维全波电磁场仿真软件HFSS对设计的两款滤波器进行了仿真设计和优化.由仿真结果分析得出,两款滤波器的工作频率均位于毫米波频段.第一款SIW滤波器实现了切比雪夫型响应,中心频率为20 GHz,带宽为2 GHz,通带内的插入损耗低于1.5 dB,回波损耗低于-20 dB,在阻带中对信号的衰减程度可以达到50 dB.第二款SIW滤波器实现了准椭圆函数型的响应,中心频率为29.1 GHz,带宽为300 MHz,通带内的插入损耗低于1 dB,回波损耗低于-20 dB,在通带到阻带的过渡中实现了两个陷波点.仿真结果表明,在毫米波滤波器设计中引入SIW结构,有利于优化滤波器尺寸,得到较好的滤波器性能指标,是毫米波滤波器发展的一个重要方向.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】6页(P518-523)【关键词】毫米波;带通滤波器;基片集成波导(SIW);切比雪夫响应;准椭圆函数响应;交叉耦合【作者】杨君豪;孙曼;张金玲【作者单位】北京邮电大学,北京100876;中国移动福建分公司,福建362200;北京邮电大学,北京100876;北京邮电大学,北京100876【正文语种】中文【中图分类】TN713引言毫米波无线通信技术是微波无线通信技术向更高频段的延伸,近年来得到了广泛关注与重视,其主要原因有:毫米波对应的频谱资源丰富;毫米波自身的传输特性良好;现代芯片制造工艺的快速发展为毫米波通信设备的制造提供了保障;毫米波通信技术已经成为许多新兴技术的发展需要. 滤波器作为通信系统中重要的组成部分,发挥着对信号频率分割和提取的功能,其性能的优劣直接影响了整个系统的通信质量. 研究小体积、高性能的毫米波滤波器对于实现收发组件单片化,以及促进毫米波技术的发展具有重要意义.基片集成波导(substrate integrated waveguide, SIW)结构是2000年提出的一种新型电路结构,它兼有传统金属波导和微带电路等平面传输线的双重优点[1-3], 其辐射损耗低、功率容量大、易与平面电路集成且抗干扰能力强. 近年来,对SIW 技术的关注度不断增加,相关的技术在微波及毫米波电路领域得到了广泛的应用[4-6]. 基于SIW结构设计的滤波器具备波导滤波器损耗低、Q值高和功率容量大的优点,同时还具备了微带线滤波器尺寸小、易集成的优点. 在滤波器朝着小型化、集成化发展的过程中,电磁兼容、电磁干扰等技术问题也日益突出. 将SIW结构运用到滤波器的设计中是毫米波电路发展的一个重要方向.2003年,文献[7]在绝缘介质基片中加入周期排列的金属通孔,通过四个中心偏置的金属化通孔的直径大小与偏离度控制各谐振腔之间的耦合,实现了三阶的滤波器结构. 这是第一款真正意义上的SIW滤波器.2005年,文献[8]将电磁带隙(electromagnetic band gap, EBG)结构运用到滤波器的设计中,设计出了一款应用周期性EBG结构的SIW滤波器. 该滤波器实现了超宽带特性与结构上的紧凑性,既具备了EBG结构的阻带特性,又保留了SIW结构本身的高通特性. 随后,利用圆形SIW谐振腔进一步实现SIW滤波器的小型化. 圆形SIW谐振腔滤波器的结构特点在于可以通过改变输入首末两端的角度来调节滤波器的品质因数.近年来,频率选择性表面(frequency selective surface, FSS)、互补开口谐振环(complementary split ring resonator, CSRR)和周期排列的十字形缺陷地(defected ground structure, DGS)结构相继被应用到SIW腔体滤波器与SIW矩形谐振滤波器中. 基于FSS设计的SIW滤波器具有单边陡降效应,通过调节腔体尺寸可以实现低频、高频陡降特性的转换,并能通过单元结构合成实现双边的陡降特性;应用耦合开口谐振环技术的SIW滤波器在利用微扰原理实现双模特性的同时,实现了阻带上的传输零点,提高了带外抑制特性;基于周期十字型DGS结构设计的SIW滤波器在提高了高频带外抑制的同时,保持了谐振腔的品质因数. 此外,应用到SIW滤波器的结构还包括共面波导、缺陷地等[9-12].针对毫米波通信系统中对滤波器小型化、高性能的需求,本文对SIW结构在毫米滤波器设计中的应用进行了研究. 对SIW的结构特点、传输特性进行了分析,结合在耦合谐振带通滤波器的设计中常用的耦合矩阵法,设计了两款工作频率位于毫米波频段的带通滤波器. 第一款为直接耦合型SIW滤波器,馈电方式采用微带线——SIW的直接转换结构,滤波器响应形式为传输零点位于无穷远传处的切比雪夫型带通滤波器. 为了进一步实现滤波器小型化、高带外抑制性能的需求,设计了第二款交叉耦合型SIW滤波器,馈电方式采用共面波导——SIW转换结构,进一步缩小了滤波器整体大小,且滤波器响应形式为通带两侧各有一个传输零点的准椭圆函数型带通滤波器,提高了滤波器带外抑制性能. 通过电磁仿真软件分别对两款滤波器进行了仿真,并对仿真结果进行了分析.1 SIW毫米波滤波器的理论分析1.1 SIW的结构特点SIW结构特点在于它将周期排列的金属圆柱或金属通孔嵌入介质基片,以此来达到与矩形金属波导侧壁类似的效果,将电磁波限制在基片上下两个金属面和两排金属通孔间. SIW的结构示意如图1所示. 其中,d表示金属通孔的直径,s表示相邻金属孔间圆心到圆心的距离,h表示基板厚度,l表示两列金属孔之间的距离.图1 SIW结构示意图Fig.1 Configuration schematic of SIW由于金属圆孔之间存在间隔,使得电磁波会在孔间产生泄露,造成了SIW结构特有的漏波特性. 漏波损耗的程度主要由金属通孔的直径d和相邻金属孔的间距s决定. 为了尽量减小漏波损耗,SIW尺寸的一般设计原则有[13]d<0.2λg,s<2d,d<0.2l.(1)由式(1)可以看出,s/d的数值即孔间隙越小,电磁波越难以在孔间发生泄露. 但从实际的角度出发,由于制造工艺有限,过小的孔直径和孔间距无疑会给实际生产带来困难. 因此对于SIW结构来说,选取合适的d值与s值,使得整个结构漏波损耗小且易于加工是相当有必要的. 图2是SIW单个谐振腔模型,两端采用微带线直接过渡型转换结构.图2 SIW单个谐振腔结构Fig.2 Configuration of a single SIW resonator通过对如图2所示的SIW单个谐振腔进行仿真优化,当d取0.5 mm,s取1 mm时,工作在30 GHz的SIW谐振腔实现了与传统矩形波导相似的传输特性. 在d与s值确定的情况下,谐振频率fc主要由两列金属孔之间的距离l决定,计算公式如下:(2)图2的SIW谐振腔的电场分布情况如图3所示.由仿真结果可以看出,通过谐振腔的电磁波被有效地限制在两排金属孔之间,几乎没有在孔间产生漏波损耗.图3 SIW谐振腔电场分布Fig.3 Magnitude of electric field distribution in the SIW cavity at resonance frequency1.2 SIW的转换结构SIW主要由介质基板和金属化通孔构成,虽然它也是一种平面结构,但是在实际电路应用中SIW难以和其他平面电路直接相连,因此SIW滤波器设计中应用了常用平面电路(如微带线)到SIW的转换结构,用来解决SIW连接与测试的问题.SIW与平面电路之间的转换结构一般有如下设计要求[8]:能实现较宽的工作带宽、较小的插入损耗和较简易的加工结构.SIW滤波器常用的五种基本平面电路转换结构如图4所示[14-17]. 其中,(a)为直接过渡结构,适用于SIW的等效阻抗与微带线特性阻抗相同的情况;(b)为凸型过渡结构,在实现SIW与微带结构过渡的同时完成了二者阻抗的匹配;(c)是凹型过渡结构,通过一段共面波导的过渡来完成阻抗匹配;(d)是SIW滤波器设计中最为常见的锥形过渡结构,其结构简单,能起到很好的展宽频段的效果,在实现微带线与SIW的阻抗匹配的同时,又减小反射带来的影响;(e)是共面波导过渡结构,相比于其他过渡结构,该结构最为紧凑,能够在体积更小的滤波器中发挥很好的作用. 其主要由一段共面波导短截线和两条短路槽构成,实现的效果与锥型过渡类似. 在后续设计中分别采用了(a)和(e)的过渡结构.(a) 直接过渡 (b) 凸型过渡 (c) 凹型过渡 (a) Direct (b) Convex (c) Concave transition transition transition(d) 锥型过渡 (e) 共面波导过渡 (d) Cone transition (e) CPW transition图4 SIW 滤波器平面电路转换结构Fig.4 Transitions from planar circuits to SIW filter 2 SIW毫米波带通滤波器的设计与仿真2.1 直接耦合型SIW带通滤波器本节设计了一款直接耦合的SIW带通滤波器,采用直接耦合的形式,工作频率覆盖19～21 GHz,通带内插入损耗小于1.5 dB,回波损耗小于-20 dB,带外抑制特性良好. 具体设计过程如下:根据所需设计的滤波器中心频率和带宽,确定滤波器的截止频率,通过公式(1),由截止频率计算得出滤波器中SIW谐振腔的尺寸. 由于设计中实现的滤波器为耦合谐振器带通滤波器,因此采用耦合矩阵法计算出各谐振腔之间的耦合系数和外部品质因数. 利用电磁仿真软件HFSS建立子工程,通过仿真得到耦合系数和外部品质因数与谐振腔的物理尺寸之间的对应关系,计算得到滤波器各部分的尺寸大小. 建立初步的滤波器整体模型,并设置相关的激励和边界条件. 其中,金属圆柱可以用边界条件为perfect E的圆柱面代替. 对模型进行仿真分析,仿真得到的响应波形与理论上会存在误差,该误差可以通过对整体模型的进一步优化来减小或消除.通过仿真对比得到,在谐振频率处于20 GHz时,谐振腔宽度H=10.5 mm. 根据技术指标要求,确立该滤波器使用的阶数为4阶. 采用耦合系数法,利用Matlab编程计算得出该滤波器的归一化耦合矩阵为(3)通过转换可以得到相邻谐振腔之间的耦合系数,转换公式如下:Mi,j=WFB×mi,j,i≠j.(4)计算得到M1,2=0.083 6,M2,3=0.060 59,M3,4=0.082 36. 滤波器的外部Q值是影响滤波性能的一个重要因素,可以通过式(5)得到:(5)式(4)、(5)中:WFB表示滤波器的相对带宽;M0,1表示输入端口与第一个谐振腔之间的M矩阵耦合系数;M4,5表示输出端口与最后一个谐振腔之间的M矩阵耦合系数,由“N+2”型耦合矩阵的计算方法可以得到. 带入数值后得到品质因数Q1=Q2=17.3.综上计算得到了谐振器之间的相关系数,使用电磁仿真软件HFSS建立该SIW之间耦合带通滤波器的初始模型,通过参数扫描对模型尺寸进行调整,以实现较好的传输特性.直接耦合SIW滤波器平面结构如图5所示. 从图中可以看出,四个由金属板面与金属圆柱组成的四个谐振腔呈横向排列. 第一个和第二个谐振腔通过过渡结构接入源和负载,各谐振腔通过横向的耦合窗口进行能量的传递.整个滤波器平面尺寸为26 mm×15 mm,具体尺寸为:L1=4.0 mm,L2=4.5 mm,W0=4.3 mm,W1=3.2 mm,W2=3.0 mm,H=10.5 mm.图5 直接耦合SIW滤波器平面结构图Fig.5 Top view of the direct coupled SIW filter通过电磁仿真软件HFSS得到的S11、S21仿真曲线如图6所示,因为滤波器采用直接耦合,所实现的响应为切比雪夫型响应. 从仿真结果可以看出,在滤波器通带19～21 GHz的范围内,插入损耗始终小于1.5 dB,回波损耗始终小于-20 dB. 带外抑制特性十分良好,在通带外的17 GHz处,对信号的衰减程度达到了50 dB.图6 直接耦合SIW滤波器S参数仿真曲线Fig.6 Simulated S parameters of the direct coupled SIW filter2.2 交叉耦合型SIW带通滤波器2.1节中所设计的SIW直接耦合带通滤波器,实现的是一般的切比雪夫响应,其传输零点位于无穷远处. 为了在通带与阻带的过渡带中实现明显的下陷,即在通带的两边实现一对陷波点,本小节用置于腔体中心的金属孔对代替原SIW滤波器中的金属孔窗口,设计了一款实现交叉耦合的SIW带通滤波器. 工作频率覆盖28.9～29.2 GHz,通带内插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB,带外抑制特性良好.为了使设计的滤波器结构更为紧凑,该滤波器在连接端采用共面波导过渡结构,在输入、输出两端加入了共面波导短截线和1/4波长短路槽.共面波导过渡结构与其他过渡结构相比更适用于小体积的SIW滤波器,相应的代价是该转换结构会使滤波器的通带带宽受到限制. 采用耦合系数法,利用Matlab编程计算得到该滤波器的耦合矩阵如式(6)所示,引入交叉耦合后,矩阵中M1,4与M4,1的数值不再为零.(6)通过电磁仿真软件HFSS建立该滤波器的初始模型,模型的平面结构如图7所示. 可以看到,滤波器由三对纵向金属孔构成了四个谐振腔. 通过调整孔间距W1、W2,可以改变对应的耦合量. 对比2.1节设计的直接耦合型SIW滤波器,本款滤波器的尺寸更小、结构更为紧凑. 整体的尺寸为4 mm×14 mm,其中W1=0.65mm,W0=2.10 mm,W2=1.10 mm,L1=2.50 mm,L2=2.35 mm,H=2.80 mm.图7 交叉耦合SIW滤波器平面示意图Fig.7 Top view of the cross coupled SIW filter通过电磁仿真软件HFSS得到的滤波器S11、S21仿真曲线如图8所示.图8 交叉耦合SIW滤波器S参数仿真曲线Fig.8 Simulated S parameters of the cross coupled SIW filter从仿真曲线可以看出,通带内插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB,在通带两边各产生一个陷波点,带外抑制特性良好.对上述设计的两款SIW带通滤波器进行对比分析,由滤波器的平面结构示意图可知(如图5、图7所示,其中图5中馈电结构采用微带线——SIW直接转换结构,图7中馈电结构采用共面波导——SIW转换结构),共面波导转换结构使滤波器整体更加紧凑,进一步缩小了滤波器的整体大小,实现了滤波器小型化的应用需求．由仿真结果S参数曲线可知(如图6、图8所示),设计的第二款准椭圆函数型SIW带通滤波器,通过引入交叉耦合,在通带两侧各引入了一个传输零点,在相同阶数下,相比较于传输零点在无穷远处的切比雪夫型SIW带通滤波器,提高了带通滤波器的选择性,抑制更加陡峭.3 结论本文针对毫米波滤波器的设计,引入SIW结构,研究了SIW的结构特点及传输特性,结合耦合谐振带通滤波器设计中的耦合矩阵法,设计了两款工作频率位于毫米波频段的带通滤波器,并通过电磁仿真软件HFSS分别进行了仿真．结果表明,两款滤波器均实现了设计指标,满足毫米波通信系统需求. 分析得出,将SIW结构应用到毫米波滤波器的设计中,有利于优化滤波器尺寸,得到较好的滤波器性能指标,是毫米波滤波器发展的一个重要方向.参考文献【相关文献】[1] CASSIVI Y, PERREGRINI L, ARCIONI P, et al. 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带通滤波器系统仿真及设计说明
信息与电气工程学院电子电路仿真及设计CDIO三级项目设计说明书（2013/2014学年第二学期）题目：带通滤波器系统仿真及设计专业班级：通信工程学生：学号：指导教师：设计周数： 2 周2014年7月11日目录1设计目的与要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计要求 (2)2振荡器设计 (2)2.1振荡器的组成 (2)2.2振荡器的参数计算 (2)2.3仿真原理图 (3)2.4仿真结果 (3)3带通滤波器设计 (4)3.1滤波器原理 (4)3.2方框图 (4)3.3带通滤波器参数 (5)3.4仿真原理图 (5)3.5仿真结果 (6)4系统整体 (7)4.1仿真原理图 (7)4.2仿真结果 (7)5实际结果 (10)6实践心得 (11)7参考文献 (11)带通滤波器系统仿真及设计1设计目的与要求1.1设计目的（1）学习电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器的设计原理；.（2）由电源、振荡器、滤波器设计指标计算电路元件参数；（3）设计电源、振荡器、二阶RC有源带通滤波器；（4）熟练掌握焊接技术及multisim软件的应用；（5）测量有源滤波器的幅频特性。
1.2 设计要求（1）设计一个线性电源，根据整流、滤波、稳压原理设计正负5V直流电源；（2）根据文氏桥原理设计一正弦波振荡器，该振荡器频率可调，能满足该滤波系统的所要求的频率围和幅度，在此基础上设计带通滤波器（中心频率为1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz；通带增益Ap=1~5）；（3）设计方法：采用各种电子器件构成带通滤波器电路。
（4）画出有源滤波器的幅频特性曲线图；（5）写出设计报告。
2振荡器的设计2.1振荡器的组成（1）正反馈环节:由RC串、并联电路构成，同时起相位起振作用和选频作用。
同步调整串并联RC谐振电路中的两个电阻，或者同步调整两个电容，可以调整振荡频率，本电路采用的是固定电容值，同时改变两个电阻来进行振荡频率的调节。
（2）负反馈环节:由、、及二极管等元件构成，其中、、主要作用是引入负反馈。