优选实验四微波射频带通滤波器设计.
微波滤波器的设计及实例.
滤波器（Filter ）（一）滤波器之种类以信号被滤掉的频率范围来区分，可分为「低通」（Lowpass）、「高通」（Highpass）、「带通」（Bandpass）及「带阻」（Bandstop）四种。
若以滤波器原型之频率响应来分，则常见有「巴特沃斯型」（Butter-worth）、「切比雪夫I型」（Tchebeshev Type-I）、「切比雪夫II型」（Tchebyshev Type-II）及「椭圆型」（Elliptic）等几类。
若以使用组件型态来分，则可分为「主动型」（Active）及「被动型」（Passive)两类。
其中「被动型」又可分为「L-C型」（L-C Lumped）及「传输线型」（Transmission line）。
而「传输线型」以其结构不同又可分为「平行耦合型」（Parallel Coupled）、「交叉指型」（Interdigital）、「梳型」（Combline）及「发针型」（Hairpin-line）等不同型态。
这里以较为常使用的「巴特沃斯型」（Butterworth）、「柴比雪夫I 型」（Tchebeshev Type-I）为例，说明其设计方法。
（二）「低通滤波器」设计方法(A) 「巴特沃斯型」（Butterworth Lowpass Filter ）步骤一：决定规格。
电路特性阻抗（Impedance ）: Zo (ohm) 通带截止频率（Cutoff Frequency ）: fc (Hz) 阻带起始频率（Stopband Frequency ）: fx (Hz)通带衰减量（Maximum Attenuation at cutoff frequency ）: Ap (dB) 阻带衰减量（Minimum Attenuation at stopband frequency ）：Ax(dB)步骤二：计算组件级数（Order of elements ，N ）。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅≥c x Ap Ax f f N log 110110log 5.010/10/ ， N 取最接近的整数。
实验四微带线带通滤波器设计
实验四微带线带通滤波器设计实验四：基于ADS软件的平⾏耦合微带线带通滤波器的设计与仿真⼀、实验原理滤波器是⽤来分离不同频率信号的⼀种器件，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，微带电路具有体积⼩，重量轻、频带宽等诸多优点，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。
平⾏耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被⼴为应⽤的带通滤波器。
1、滤波器的介绍滤波波器可以分为四种：低通滤波器和⾼通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
射频滤波器⼜可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。
滤波的性能指标：频率围：滤波器通过或截断信号的频率界限通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起阻带衰减：取通带外与截⽌频率为⼀定⽐值的某频率的衰减值寄⽣通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带外⼜产⽣新的通带2、平⾏耦合微带线滤波器的理论当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平⾏耦合微带传输线由两个⽆屏蔽的平⾏微带传输线紧靠在⼀起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作⽤，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。
平⾏耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之⼀波长耦合线段构成，她是⼀种常⽤的分布参数带通滤波器。
当两个⽆屏蔽的传输线紧靠⼀起时，由于传输线之间电磁场的相互作⽤，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。
根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为⼩段串联电感和⼩段并联电容。
每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。
单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。
如果将多个单元级联，级联后的⽹络可以具有良好的滤波特性。
⼆、耦合微带线滤波器的设计的流程1、确定滤波器指标2、计算查表确定滤波器级数N3、确定标准滤波器参数4、计算传输线奇偶模特性阻抗5、计算微带线尺⼨6、仿真7、优化再仿真得到波形图设计参数要求：（1）中⼼频率：2.4GHz；（2）相对带宽：9%；（3）带波纹：<0.5dB；（4）在频率1.9GHz和2.9GHz处，衰减>20dB；（5）输⼊输出阻抗：50Ω。
射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告(模板)
射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告篇一：射频电路课程设计摘要滤波电路的综合设计是相当复杂的，需要好多理论知识和数学知识做铺垫，我们知道用于无线的模拟电路是在吉赫兹频段，高性能计算机、工作站，当然还有作为这方面例子的个人计算机，他们所使用电路的时钟频率不断的增加。
全球定位系统载波频率在122 7.60m hz~1575.42mh z范围，而此次课程设计主要向大家介绍最大平滑巴特沃兹微波电路和等波纹契比学夫微波电路设计方法。
当微波电路工作在射频的低端频段，可以使用集总参数的元件进行设计，利用集总参数的电感和电容，按照一定的设计规则选取合适的电路和元件的参数，就可以实现归一化低通滤波电路的设计。
然后通过利用频率变换就可以低通微波电路、高通微波电路、带通微波电路和带阻微波电路的设计。
关键字：滤波电路平滑巴特沃兹微波电路等波纹契比学夫微波电路一引言通过对射频设计电路的学习，我们知道无线通信的快速发展，更紧凑的滤波器和混频器电路正在被设计和使用。
通常这些电路的工作频率高于1Ghz。
毫无疑问这种趋势将会继续下去，因此不仅要有独特性能的技术装置，而且要学会对高频电路中遇到的问题进行分析，我们知道随着频率的升高以及其相应的电磁波的波长变得可与分立电路元件的尺寸相比拟时，电阻、电容和电感这些元件的电响应就开始偏离他们的理想频率特性，下面将简单的向大家介绍一下本次滤波电路的设计方法，以及如何对其进行归一化。
微波双频带通滤波器的仿真设计
陕西理工学院毕业设计
4.2.1 滤波器设计指标........................................................................ 22 4.2.2 微带线参数指标........................................................................ 22 4.2.3 微带线参数计算....................................................................... 23 4.3 电路原理图的仿真.............................................................................. 23 4.4 基本参数设置...................................................................................... 26 4.5 曲线图仿真..........................................................................................27 4.6 仿真优化............................................................................................ 30 4.7 版图生成............................................................................................ 31
实验四_微波射频带通滤波器设计
特性阻抗： 上通带边频： 下通带边频： 上阻带边频： 下阻带边频： 通带内最大衰减： 阻带最小衰减 ：
Z0=50Ω f1=75+5=80 MHz f2=75-5=70 MHz f=75+15=90 MHz f=75-15=60MHz LAr=3dB LAs=30dB
（2）计算相关参数
f0 f1f27.48， 3FBW f2f11M 0 Hz
n取整数3
（5） 带通变换
21.07.2020
a
19
（6） 画出电路，进行仿真
21.07.2020
a
20
dB(S(2,1)) dB(S(1,1))
m1 freq=60.00MHz dB(S(2,1))=-34.698
0
m3
freq=75.00MHz m3 dB(S(2,1))=-0.012
-10
a
28
例：设计一个三阶微带低通滤波器, 截止频率f1=1GHz, 通带波纹为0.1dB,阻 抗Z0=50Ω。
（1）三节低通原型元件值为 g0=g4=1, g1=g3=1.0316, g2=1.1474。
21.07.2020
a
29
（2）进行低通变换
L1
L3
g1Z0
2f1
8.2098109 H
C2
单 位 ： mm 0.59 5
(a )
B
0
d
/
－ 20
IL
－ 40
S21
－ 60
S11
－ 80 8
9
10
11
12
f /GHz (b )
平行耦合谐振单元带通滤波器
21.07.2020
a
实验四_微波射频带通滤波器设计
（1） 确定指标: 特性阻抗Z0=50Ω, 截止频率fc=75MHz, 阻带边频 fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。
特性阻抗： 上通带边频： 下通带边频： 上阻带边频： 下阻带边频： 通带内最大衰减： 阻带最小衰减 ：
Z0=50Ω f1=75+5=80 MHz f2=75-5=70 MHz f=75+15=90 MHz f=75-15=60MHz LAr=3dB LAs=30dB
实验四_微波射频带通滤波器设计
实验四
一、滤波器原理
1.1 滤波器的概念
P in
~
O
f
滤 波 器
P L
ZL
O
f0
f
如图所示的双端口网络, 设从一个端口输入一具有均匀功率谱的 信号,信号通过网络后,在另一端口的负载上吸收的功率谱不再是均匀的, 也就是说,网络具有频率选择性,这便是一个滤波器。
通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性：
MW & Opti. Commu. Lab, XJTU
8
1. 巴特沃士：已知带边衰减为3dB处的归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs 和归一化截止频率Ωs,则元件数n由下式给出,元件值由下表给出。
nlg1( 00.1LAS1) 2lgs
12.06.2020
MW & Opti. Commu. Lab, XJTU
LA
10lg
Pin PL
dB
Pin和PL分别为输出端接匹配 负载时的滤波器输入功率和 负载吸收功率。
12.06.2020
MW & Opti. Commu. Lab, XJTU
3
低通
带通
微波滤波器设计
微波滤波器设计引言滤波器是一种二端口网络。
它具有选择频率的特性，即可以让某些频率顺利通过，而对其它频率则加以阻拦，目前由于在雷达、微波、通讯等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应提高;所以需用大量的滤波器。
再则，微波固体器件的应用对滤波器的发展也有推动作用，像参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等一类器件都是多频率工作的，都需用相应的滤波器。
更何况，随着集成电路的迅速发展，近几年来，电子电路的构成完全改变了，电子设备日趋小型化。
原来为处理模拟信号所不可缺少的LC型滤波器，在低频部分，将逐渐为有源滤波器和陶瓷滤波器所替代。
在高频部分也出现了许多新型的滤波器，例如:螺旋振子滤波器、微带滤波器、交指型滤波器等等。
虽然它们的设计方法各有自己的特殊之点，但是这些设计方法仍是以低频“综合法滤波器设计”为基础，再从中演变而成，我们要讲的波导滤波器就是一例。
通过这部分内容的学习，希望大家对复变函数在滤波器综合中的应用有所了解。
同时也向大家说明:即使初看起来一件简单事情或一个简单的器件，当你深入地去研究它时，就会有许多意想不到的问题出现，解决这些问题并把它用数学形式来表示，这就是我们的任务。
谁对事物研究得越深，谁能提出的问题就越多，或者也可以说谁能解决的问题就越多，微波滤波器的实例就能很好的说明这个情况。
我们把整个问题不断地“化整为零”，然后逐个地加以解决，最后再把它们合在一起，也就解决了大问题。
这讲义还没有对各个问题都进行详细分析，由此可知提出问题的重要性。
希望大家都来试试。
第一部分滤波器设计1-1 滤波器的基本概念图 1图1 的虚线方框里面是一个由电抗元件L 和C 组成的两端口。
它的输入端1-1'与电源相接，其电动势为Eg，内阻为R1。
二端口网络的输出端2,2' 与负载R2相接，当电源的频率为零(直流) 或较低时，感抗jωL很小，负载R2两端的电压降E2比较大(当然这也就是说负载R2可以得到比较大的功率)。
微波滤波器的设计及实例要点
滤波器（Filter ）（一）滤波器之种类以信号被滤掉的频率范围来区分，可分为「低通」（Lowpass）、「高通」（Highpass）、「带通」（Bandpass）及「带阻」（Bandstop）四种。
若以滤波器原型之频率响应来分，则常见有「巴特沃斯型」（Butter-worth）、「切比雪夫I型」（Tchebeshev Type-I）、「切比雪夫II型」（Tchebyshev Type-II）及「椭圆型」（Elliptic）等几类。
若以使用组件型态来分，则可分为「主动型」（Active）及「被动型」（Passive)两类。
其中「被动型」又可分为「L-C型」（L-C Lumped）及「传输线型」（Transmission line）。
而「传输线型」以其结构不同又可分为「平行耦合型」（Parallel Coupled）、「交叉指型」（Interdigital）、「梳型」（Combline）及「发针型」（Hairpin-line）等不同型态。
这里以较为常使用的「巴特沃斯型」（Butterworth）、「柴比雪夫I 型」（Tchebeshev Type-I）为例，说明其设计方法。
（二）「低通滤波器」设计方法(A) 「巴特沃斯型」（Butterworth Lowpass Filter ）步骤一：决定规格。
电路特性阻抗（Impedance ）: Zo (ohm) 通带截止频率（Cutoff Frequency ）: fc (Hz) 阻带起始频率（Stopband Frequency ）: fx (Hz)通带衰减量（Maximum Attenuation at cutoff frequency ）: Ap (dB) 阻带衰减量（Minimum Attenuation at stopband frequency ）：Ax(dB)步骤二：计算组件级数（Order of elements ，N ）。
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带阻变换：
二、集总参数滤波器
例：设计一个L-C切比雪夫型低通滤波器,截止频率为75 MHz,衰减为3 dB,波纹为 1dB, 频率大于100 MHz,衰减大 于20 dB，Z0=50Ω。
（1） 确定指标: 特性阻抗Z0=50Ω, 截止频率fc=75MHz, 阻带边频 fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。
1.3 滤波器的设计的经典方法
低通原型综合法步骤：
（1）由衰减特性综合出低通原型 （2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类 型 （3）计算滤波器电路元件值 （4）微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真 软件进行优化仿真。
1.4 滤波器的低通原型
滤波器低通原型为电感电容网络, 其中元件数和元件值只与通带 结束频率、 衰减和阻带起始频率、 衰减有关。设计中都采用表格而 不用繁杂的计算公式。
例2：设计一个L-C切比雪夫型带通滤波器,中心频率为75 MHz, 3dB带宽为 10MHz, 波纹为1dB, 工作频带外75±15MHz的衰减大于30dB, Z0=50Ω。
（1） 确定指标: 特性阻抗Z0=50Ω, 截止频率fc=75MHz, 阻带边频 fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。
特性阻抗： 上通带边频： 下通带边频： 上阻带边频： 下阻带边频： 通带内最大衰减： 阻带最小衰减 ：
Z0=50Ω f1=75+5=80 MHz f2=75-5=70 MHz f=75+15=90 MHz f=75-15=60MHz LAr=3dB LAs=30dB
（2）计算相关参数
f0 f1 f2 74.83，FBW f2 f1 10MHz
s1
f
2 0
f XL
f
XL
1 FBW
3.333，s2
f XU
f
2 0
f XL
1 FBW
2.778
s MIN(X1,X 2 ) 2.778
（3） 计算元件节数n
cosh1 10LAs /10 1 / 10LAr /10 1
n
cosh1 s
（4） 查表得原型元件值gi
n取整数3
（5） 带通变换
巴特沃士、 切比雪夫的低通原型电路结构
1. 巴特沃士：已知带边衰减为3dB处的归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs 和归一化截止频率Ωs,则元件数n由下式给出,元件值由下表给出。
n lg(100.1 LAS 1) 2 lg s
2. 切比雪夫，已知带内衰减与波纹指标LAr、归一化频率Ωc=1、截止衰 减LAs和归一化截止频率Ωs,则元件数n由下式给出,元件值由下表给出。
（6） 画出电路，进行仿真
m1 freq=60.00MHz dB(S(2,1))=-34.698
0
m3
freq=75.00MHz m3 dB(S(2,1))=-0.012
-10
dB(S(2,1)) dB(S(1,1))
-20
-30
m1
-40
-50
m2
m2 freq=90.00MHz dB(S(2,1))=-30.951
-60
50
60
70
80
90
100
freq, MHz
三、分布参数滤波器
0
9.81
7.11
单位 ：mm
S21
－5
S11
IL / dB
4.0
1
2
－ 10
0.2
－ 15 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
f / MHz
(a)
(b)
高 、 低阻抗线低通滤波器
0
S21
－5
S11
IL / dB
（2） 计算元件级数n：
cosh1 10LAs /10 1 / 10LAr /10 1
n
cosh1 s
n取最接近的整数,则n=5
（3）查表求原型元件值gi,
（4）计算实际元件值
低通变换：
（5）画出电路结构，进行电路仿真
m1
m3
freq=23.00MHz freq=75.00MHz
dB(S(2,1))=-0.998 dB(S(2,1))=-3.214
m1
m3
0
m2
freq=100.0MHz
-20
m2 dB(S(2,1))=-24.990
dB(S(2,1)) dB(S(1,1))
-40
-60
-80 0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
freq, MHz
11.04
4.0
单位 ：mm
5.78
－ 10
1
2
0.2
－ 15 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
f / GHz
(a)
(b)
枝节线低通滤波器
L2
L4
L6
Z0
C1
C3
C5
C7 Z0
(a)
Wc WL
l1
l2
l3
l4
l5
l6
l7
(b)
0－ 10－ 20－ 30－ 40
－ 50
L-C低 通原 型 设计 1
cosh1 10LAs /10 1 / 10LAr /10 1
n
cosh1 s
1.5 滤波器的四种频率变换
由低通原型滤波器经过频率变换,就可得到低通、 高通、带通、 带阻四种实用滤波器。定义阻抗因子为
Z0
g0
g0
, ,
Y0
g
为电
0
阻
g
为电导
0
低通变换：
高通变换： 带通变换：
实验四微波射频带通滤波 器设计
一、滤波器原理
1.1 滤波器的概念
Pin
~
O
f
滤波器
PL
ZL
O
f0
f
如图所示的双端口网络, 设从一个端口输入一具有均匀功率谱的 信号,信号通过网络后,在另一端口的负载上吸收的功率谱不再是均匀的, 也就是说,网络具有频率选择性,这便是一个滤波器。
通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性：
LA
10 lg
Pin PL
dB
Pin和PL分别为输出端接匹配 负载时的滤波器输入功率和 负载吸收功率。
低通 带阻
带通 高通
三种滤波器函数
1.2 滤波器的技术指标
（1）工作频率：滤波器的工作频率范围
（2） 插入损耗：由于滤波器的介入,在系统内引入的损耗
（3） 带内纹波：插入损耗的波动范围
（4） 带外抑制:规定滤波器在什么频率上会阻断信号,是滤 波器特性的矩形度的一种描述方式。也可用带外滚降来描 述,就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。 （5）承受功率：在大功率发射机末端使用的滤波器要按大 功率设计,元件体积要大,否则,会击穿打火,发射功率急剧下 降。
－ 60
设计 2
－ 70
－ 80 0.0 0.5
1.0
1.5 2.0
f / GHz
2.5 3.0
(c)
IL / dB
七节切比雪夫滤波器
0.057 8.148 0.801 8.399