微带滤波器设计
基于HFSS的微带滤波器设计与应用
基于HFSS的微带滤波器设计与应用随着通信技术的不断发展，无线通信系统变得越来越普遍。
为了保证通信质量，必须对无线信号进行有效的过滤，因此滤波器成为了无线通信中最关键的组成部分之一。
基于微带技术的滤波器在无线通信中应用广泛，由于其体积小、重量轻、成本低、工艺简单的特点，在现代无线通信系统中依然扮演着不可替代的角色。
本文将基于HFSS软件，介绍微带滤波器的设计原理、设计流程、实现方法及其在无线通信中的应用。
一、微带滤波器的基本原理微带滤波器（Microstrip Filter）是一种基于微带线和附加衬底的元器件。
它通过在一条微带线（或几个相互交错的微带线）上挂载电容、电感和电阻等元件来实现滤波功能。
微带滤波器的基本结构如图1所示。
图1 微带滤波器基本结构图微带线的特性阻抗通常为50欧米，而微带滤波器需要特定的阻抗、通带和截止频带。
为了实现这些要求，滤波器需要在微带线模型上添加附加的元件来调整频率响应。
元件的安装可以使用多种方法，如串联、并联、交替安装等。
二、基于HFSS的微带滤波器设计流程首先需要明确滤波器的指标要求，包括通带和阻带的带宽、通带和阻带的中心频率、阻带衰减和通带波纹等参数。
这些指标根据具体应用需求而定，对于不同的应用场景可能存在较大差异。
2. 设计微带线结构在得到了所需的指标要求之后，需要根据这些要求设计微带线结构。
常用的方法是采用已有的文献或实验数据资料作为参考模板，进行修改和优化。
设计微带线时需要确定线宽、线距、衬底材料和厚度等参数，以实现所需的过渡阻抗和其他指标。
3. 添加补充元器件为了实现所需的频率响应，需要在微带线模型上添加各种补充元器件。
这些元器件包括电容、电感和电阻等，具体安装方式根据所需指标而定。
4. 模拟仿真使用HFSS软件进行微带滤波器的模拟仿真，得到滤波器的频率响应图和其他重要参数。
常规方法是在仿真软件中建立微带滤波器的三维模型，在模拟中通过修改材料参数、添加元器件、调整参数等方式进行仿真分析。
ADS微带滤波器设计方法PPT课件
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进行参数优化（续）
经过数次优化后，CurrentEf的值为0，即为优化 结束。优化过程中根据情况可能会对优化目标、 优化变量的取值范围、优化方法及次数进行适当 的调整。
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优化目标的设置（续）
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进行参数优化
设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然后就可 以进行参数优化了。
点击工具栏中的Simulate 按钮就开始进行优化仿真 了。在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化的结果 (见下页图)，其中的CurrentEF表示与优化目标的偏差， 数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标， 下面还列出了各优化变量的值，当优化结束时还会打开 图形显示窗口。
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观察仿真曲线
优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。 方法是点击原理图工具栏中的 按钮，然后点击优 化控件OPTIM，则控件上打了红叉表示已经被关掉。
要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的 按钮， 然后点击要开启的控件，则控件上的红叉消失，功能 也重新恢复了。
对于原理图上其他的部件，如果想使其关 闭或开启，也可以采取同样的方法。
点击Length Unit设置长度单位为毫米
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创建新的工程文件（续）
工程文件创建完毕后主窗口变为下图
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创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开
微带滤波器的设计制作与调试
S参数测试框图
噪声系数测试框图
低噪声放大器的调试（续）
? 需要测试的参数主要有以下几个 ?S11，S22：输入、输出端的反射系数 ?S21：传输系数，由此可测得放大器的增益 ?噪声系数
? 将测试结果与仿真结果相比较，并看其是否满 足设计指标。
? 若不满足设计指标，则对结果进行分析后，通 过调整元器件的参数（电容，电感，电阻的 值），使其达到设计指标。
? 噪声系数
? 定义 ? 意义是信号通过放大 ?ê è?
器后，信噪比恶化的
Sin ￠ ? 2¨?·′ ó ?÷ Sout ?ê 3?
Nin
Nout
倍数。
低噪声放大器的技术指标（续）
? 稳定系数
定义 ?
K
1? ?
S 11 2 ?
S 22
2?
D2
2 S 12 S 21
式中S11，S22，S21，S12是晶体管的S参数，
低噪声放大器的设计
? 设计时要注意的问题
? 晶体管模型的选择
? sp模型：属于小信号线性模型，模型中已经 带有了确定的直流工作点，和在一定范围内 的S参数。
? 大信号模型：可以用来仿真大、小信号，需 要自行选择直流工作点，仿真时要加入馈电 电路和电源。带有封装的大信号模型可以用 来生成版图。
? 集总参数元件的取值
?SP模型的优化仿真
?将噪声系数、放大器增益、稳定系数都加入
优化目标中进行优化，并通过对带内放大器 增益的限制来满足增益平坦度指标，最终达 到各个要求指标。
?如果电路稳定系数变得很小 (低于0.9)，或
者S(1,1) 的值在整个频带内的某些频点在 0dB以上，则需要加入负反馈，改善放大器 的稳定性。
ADS微带滤波器设计方法课件
进行参数优化
通过调整滤波器参数，如电感、 电容、长度、宽度等，对滤波 器性能进行优化。
进行仿真验证
通过仿真软件对所设计的滤波 器进行性能验证，确保满足设 计要求。
03
ADS微带滤波器设计实践
建立设计工程
确定设计目标
明确滤波器的性能指标，如通带范围、 阻带范围、插入损耗等。
选择合适的微带线结构
设定工作频率和介质参数
根据设计目标和工作频率，设定合适 的介质参数，如厚度、相对介电常数 等。
根据设计需求，选择合适的微带线结 构，如平行耦合线、发卡型等。
参数设置与优化
01
02
03
调整耦合系数
通过调整微带线间的距离、 宽度等参数，优化耦合系 数，以实现理想的滤波器 性能。
优化谐振器长度
调整谐振器的长度，以实 现所需的频率响应。
02
ADS微带滤波器设计基础
微带线理论
微带线定义
01
微带线是一种传输线，它由一个介质基片上的一条金属导带和
两条金属接地边构成。
微带线特性
02
微带线具有低阻抗、高共模抑制比、低辐射等特性，广泛应用
于微波和毫米波频段的电路设计中。
微带线传输模式
03
微带线主要传输准TEM模，即电场和磁场分量在传输方向上为
ADS软件介绍
ADS（Advanced Design System） 是一款微波电路和系统设计软件，由 美国安捷伦公司开发，提供了从电路 设计、仿真、版图绘制到系统仿真的 全流程解决方案。
ADS软件具有友好的用户界面和强大 的功能模块，支持多种设计工具和第 三方软件接口，广泛应用于通信、雷 达、电子战等领域的电路和系统设计。
05
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。
微带滤波器设计(II)
摘要摘要微带滤波器以其尺寸小、成本低、加工方便等优点，在现代移动通信和无线通信中应用越来越广泛。
本文主要讨论了微带滤波器中常用的平行耦合微带线带通滤波器。
文章结合滤波器设计的基本理论和平行耦合线的基本理论，给出平行耦合微带线带通滤波器的两种设计方法，即：变形低通原型使用K变换器的设计公式和使用J变换器的设计公式，总结了平行耦合线的综合公式。
为了验证设计给出了一个设计实例，通过仿真证明了设计的可行性，并对设计过程中常遇到的耦合间隙太小，很难实现的问题做了探讨。
制作了两种滤波器的实物，分别是用本文给出的方法设计的滤波器和用仿真工具设计的滤波器，对其进行测量并作了比较。
关键词:微带滤波器变形低通原型等效电路平行耦合线带通滤波器ABSTRACTABSTRACTMicrostrip filters have been applied more and more extensively in modern mobile communication and wireless communication due to the advantages such as small size, low cost and easy fabrication. Parallel-coupled microstrip bandpass filter, which is one of the most widely used microstrip filters, is mainly discussed in this paper. Based on the theories of filter design and parallel-coupled microstrip lines, this paper presents two design methods, which are method with K convertor used in the transmogrification low prototype and method with J convertor used in the transmogrification low prototype. The synthetic formulas of parallel-coupled are also included. A design example is given to validate the formulas. Simulation is done and it proves the design feasible .The problem that the coupling space is often too small and hard to realize is also discussed. Two filters are fabricated, one is the filter designed on the method proposed in this paper and the other using simulation tool. They are measured and compared.Keywords: microstrip filter transmogrification low prototypeequivalent circuit parallel-coupled microstrip bandpass filter目录i目录第一章绪论 (1)1.1 微带滤波器简介 (1)1.2 微波滤波器的发展 (1)1.3 微波滤波器的技术指标 (2)1.4 微带滤波器的设计方法 (3)1.5 本文的主要内容 (4)第二章滤波器的基本理论 (5)2.1 低通原型的设计理论 (5)2.1.1 最平坦型滤波器的基本理论 (6)2.1.2 切比雪夫滤波器的基本理论 (7)2.1.3 椭圆函数滤波器的基本理论 (8)2.2 滤波器的频率变换 (10)2.2.1 频率变换理论 (10)2.2.2 由低通到高通的频率变换 (10)2.2.3 低通到带通的频率变换 (12)2.2.4 由低通到带阻的频率变换 (13)2.3 变形低通原型理论 (15)第三章平行耦合线的奇偶模理论 (19)3.1 平行耦合线结构 (19)3.2 奇偶模法 (20)第四章平行耦合线带通滤波器的设计 (23)4.1 变形低通原型使用K变换器的设计公式 (23)4.2 变形低通原型使用J变换器的设计公式 (29)4.3 平行耦合微带线的综合 (33)4.3.1 计算耦合线的宽度和间隙 (33)4.3.2 计算耦合微带线 (34)第五章设计实例 (37)ii 目录5.1 用变形低通原型使用J变换器的设计公式进行设计 (37)5.2 用软件进行设计 (42)5.3 两种方法的对比 (44)第六章结论 (47)致谢 (49)参考文献 (51)第一章绪论 1第一章绪论1.1 微带滤波器简介微波滤波器是现代微波技术中许多设计问题的中心，利用它可以分离或组合各种不同频率的信号。
微带滤波器的设计
微带滤波器的设计微带滤波器（microstrip filter）是一种常用的电子滤波器，它具有结构简单、制作成本低、易于集成等优点，因此在无线通信、雷达系统、微波封装等领域得到广泛应用。
本文将介绍微带滤波器的设计流程和关键要点。
首先，微带滤波器的设计流程可以分为以下几个步骤：确定滤波器参数、选择滤波器类型、确定滤波器阶数、计算微带线宽度和长度、构造网络模型、优化设计。
第一步是确定滤波器的参数，包括中心频率、带宽、阻带衰减等。
这些参数直接影响着滤波器的性能和应用场景，因此需要根据具体需求进行合理设定。
第二步是选择滤波器类型，常见的微带滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
选择合适的滤波器类型可以更好地满足设计要求。
第三步是确定滤波器的阶数，阶数决定了滤波器的斜率和阻带衰减。
一般情况下，阶数越高，滤波器性能越好，但同时也会增加设计的复杂度。
第四步是计算微带线的尺寸，包括宽度和长度。
微带线的尺寸直接影响滤波器的中心频率和带宽，因此需要进行合理的计算和调整。
第五步是构造滤波器的网络模型，可以使用传统的电路模型或者仿真软件进行建模。
在模型中，需要将微带线和谐振器等元件进行合理的连接和布局。
最后一步是优化设计，通过调整微带线的长度、加入补偿电容电感器等措施，来达到更好的滤波器性能。
优化设计可以使用仿真软件进行参数调整和优化。
除了以上的设计流程，还有一些关键要点需要注意。
首先是微带线的制作工艺，微带线需要精确的制作技术，以确保滤波器的性能和稳定性。
其次是对滤波器的测试和调整，通过实验和测量，可以得到实际滤波器的性能参数，从而进行必要的调整和改进。
最后是设计的可行性和可靠性，滤波器设计需要符合实际应用需求，并且具备足够的抗干扰能力和稳定性。
总的来说，微带滤波器的设计是一项复杂而又重要的任务。
通过合理的设计流程和关键要点的注意，可以得到性能优良的微带滤波器，用于满足不同领域的需求。
HFSS3微带滤波器教程
HFSS3微带滤波器教程HFSS (High-Frequency Structure Simulator) 是一种电磁仿真软件，广泛用于设计微带滤波器等高频电路元件。
本教程将介绍基本的微带滤波器设计流程，并使用HFSS软件进行仿真。
首先，我们需要了解微带滤波器的基本原理。
微带滤波器是一种利用微带线和微带电感等元件构成的高频滤波器。
通过控制微带线的宽度、长度和位置，可以实现不同的频率响应。
接下来，我们开始设计一个常见的低通微带滤波器。
首先，打开HFSS软件并创建一个新的项目。
然后，在设计树中右键单击"Design"，选择"Insert"，并选择"Layout"。
这将创建一个层叠的布局。
接下来，点击左侧的"Design Properties"来设置工作频率和单位。
根据需求设置频率为一定的值，例如2GHz。
单位可以选择毫米或英寸，根据习惯选择。
现在，我们需要设计微带线和微带电感。
在布局中，选择"Draw"，然后选择"Line"。
点击并拖动鼠标来绘制微带线的形状。
根据设计要求，设置适当的宽度和长度。
然后在布局中选择"Idea"，然后选择"Inductor"。
点击并拖动鼠标来绘制微带电感的形状。
根据设计要求，设置适当的尺寸。
接下来，我们需要定义微带线和微带电感的材料属性。
在布局中选择"Full Properties"，然后选择"Add Material"。
选择一个合适的材料，设置相应的介电常数和厚度。
现在，我们可以连接微带线和微带电感。
在布局中选中微带线和微带电感的起始点和终止点。
然后，点击右键选择"Connect"。
这将连接两个元件，并形成一个完整的微带滤波器。
完成连接后，我们需要添加端口和仿真设置。
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平行耦合微带滤波器: f0=5.0GHz, △f=600MHz,带内插损<1dB,回波损耗<20dB
MS-RT duroid 5880:
h=0.508mm, εr=2.2,μr=1,
cond=5.8E7,T=0.017mm，tgδ’=0.0009
28
29
0 -10 -20 -30
dB
-40 -50 -60 -70 4
l
l1
l2
l1
l
w
d1
d2
d2
d1
3
选择模板
4
创建介质基片
5
创建介质基片
6
创建微带线
7
创建过孔1
8
创建过孔2
9
通过镜像，创建另外两个过孔
10
创建空气
11
端口赋予
12
设置单位、背景、频率、边界
13
带AR的瞬态时域求解
14
端口时域信号观察
15
常规S参数
16
常规能量平衡观察
17
cst_瞬态s11 cst_瞬态s21 cst_频域s11 cst_频域s21
4.5
5 f /GHz
5.5
6
30
谢谢大家！
31
带AR的S参数
18
带AR的能量平衡观察
19
S参数比较
20
带AR的S21与实测比较
21
带AR的S参数与HFSS结果比较
22
端口电场观察端口磁场动态观察
25
练习1: Microstrip Lowpass Filter
f:0~10GHz 单位：mil
26
27
练习2: 平行耦合微带滤波器
CST STUDIO SUITETM
滤波器的设计
电子科技大学 朱兆君
2009年11月
微带滤波器设计
2
主讲：微带带通滤波器参数
Design Parameters： 工作频率7~10GHz d1、d2: Diameter of Via l1、l2：Length of Resonator
d1=0.333mm d2=0.9323mm l1=10.42mm l2=11.15mm w=3.79mm 10w l=8mm h=0.49mm(基片高度) t=0.017mm ε r=2.43 空气高10h