腔体滤波器的设计
腔体滤波器设计
V Transmitted
V Transmitted V Incident
=
Transmission Coefficient =
T
V
=
=
t t
Insertion Loss (dB) = - 20 Log
Trans Inc
V V
Gain (dB) = 20 Log
Trans Inc
- 20 log
2005-3-27
Allrizon Communication Corp
Measuring S-Parameters
a1
Incident
S
21
Transmitted
DUT
b2 Z0
Load
Forward
S S = =
S 11 b1
Reflected
a2 = 0
11
b1 Reflected = a Incident 1
2005-3-27
Allrizon Communication Corp
耦合谐振滤波器最基本的耦合结构
馈源只与一个谐振器耦合，负载 端仅与一个谐振器耦合，且中间只 有一条耦合路径即主路径，各级谐 振器之间逐级耦合。
2005-3-27
Allrizon Communication Corp
梳状线滤波器结构示意图
For reflection, a transmission line terminated in a short or open reflects all power back to source
2005-3-27 Allrizon Communication Corp
Reflection Coefficient
腔体滤波器设计报告 2
腔体滤波器设计报告学生姓名：彭聪学号：201222040413单位：物理电子学院时间:2013年5月28日一、技术指标：频率范围：1710~1880MHz；带内插损：≤0.8dB带外抑制：@960MHZ>80dB@2200MHz>80dB带内波动：≤0.6dB端口阻抗：50ohm二、理论分析微波滤波器被广泛的应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星通信、导弹制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的重要器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。
1、微波滤波器分类2、微波滤波器一些理论（1）Q 值与谐振微波滤波器是由谐振回路以某种方式排列再通过耦合结构把这些谐振回路组合在一起构成的。
不同的谐振回路，谐振频率的范围和Q 值差别很大。
因此，不同结构的滤波器适合不同的工作频率和带寛。
LC 滤波器、声表面波/体声波滤波器、螺旋滤波器、梳状滤波器的工作频率比较低。
介质滤波器、波导滤波器工作频率比较高。
谐振回路Q 值高、滤波器工作带寛可以做的比较窄。
（2）滤波器的性能指标a.频率范围21ωω−和带宽bw ：对于带通和带阻滤波器而言，也指衰减加大到某一确定值时的频率范围，如11121dB dB dB BW f f =−称为1dB 通带带宽或1dB 阻带带宽。
带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨率。
b.插入损耗：插入损耗即描述了通带内的功率损耗大小。
其表达式为：22110log10log L inP IL S P =−=−c.回波损耗（Reflection Loss 缩写RL ）：回波损耗是描述滤波器性能的一个敏感参数，同时回波损耗（RL ）、驻波系数（VSWR ）和反射系数（Γ）三个参数是相关的，通常用来表征滤波器反射特性。
回波损耗的公式定义以及三者之间的关系为：22110log10log(10log()1R in P VSWR RL P VSWR −=−=−=−Γ+d.带外抑制（Rejection 缩写RJ ）：在给定的频率下，带外信号的插入损耗大于最小带内信号的插入损耗的数值。
介质腔体滤波器设计[]
![介质腔体滤波器设计[]](https://img.taocdn.com/s3/m/963b78a384868762caaed56b.png)
目次1引言 (1)1.1 介质谐振器的发展和应用 (1)1.2 介质滤波器的特点及应用 (3)1.3 本文的主要研究内容 (3)2介质腔体滤波器的理论设计 (4)2.1滤波器基本原理 (4)2.2 介质腔体滤波器的线路设计 (8)2.3 介质腔体滤波器的微波实现 (10)3 腔体介质滤波器的仿真设计 (15)3.1 Ansoft HFSS软件介绍 (15)3.2 腔体介质滤波器的工作原理 (17)3.3 腔体介质滤波器的仿真过程 (17)4 腔体介质滤波器的生产与调试 (20)4.1 介质谐振器与截止波导的生产 (20)4.2 滤波器的调试 (22)5 滤波器的测试结果及分析 (22)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)1 引言1．1 介质谐振器的发展和应用微波介质谐振器是国际上70年代出现的新技术之一。
1939年，R ．D ．Richtmyes 就提出非金属介质体具有和金属谐振腔类似的功能，并把它称为介质谐振腔。
但是直到六十年代末才开始使用到微波电路中。
国内七十年代就有人研究，八十年代初报导了有关研究成果。
介质谐振器是用低损耗、高介电常数的介质材料做成的谐振器，已广泛应用于多种微波元器件中。
它具有如下特点：①体积小，由于材料的介电常数高，可使介质谐振器的体积小至空腔波导或轴谐振器的1/10以下，便于实现电路小型化；②Q 0值高，高0.1-30GHz 范围内，Q 0可达103-104；③基本上无频率限制，可以适用到毫米波（高于100GHz ）；④谐振频率的温度稳定性好。
因此，介质谐振器在混合微波集成电路中得以广泛的应用。
目前，介质谐振器已用于微波集成电路中作带通和带阻滤波器中的谐振元件、慢波结构、振荡器的稳频腔、鉴频器的标准腔等。
①在微波集成电路中，介质谐振器的形状通常为矩形、圆柱形和圆环形。
介质谐振器的谐振频率与振荡模式、谐振器所用的材料及尺寸等因素有关。
分析这个问题的方法早期是用磁壁模型法，即将介质谐振器的边界看成磁壁来分析，这种方法的误差较大，达10％。
ads波导腔体滤波器设计
ads波导腔体滤波器设计
ADS软件可以用于波导腔体滤波器的设计。
下面简单介绍一下设计过程：
1. 确定滤波器的参数，包括中心频率、通带带宽、阻带带宽和衰减。
2. 在ADS软件中新建一个“layout”工程，在其中选择一个合适的波导宽度。
3. 将波导布满整个布局区域，并在中央添加两个矩形缺口，调整宽度和长度以达到带宽要求。
4. 运用仿真和优化工具进行电磁仿真和优化。
如果需要更精细的仿真结果，可以引入三维电磁仿真软件。
5. 通过布局编辑器进行布局优化和参数调整，如增加爬行线和扇形盖板、调整缺口形状等。
6. 通过ADS软件的“加工输出”功能将布局数据输出到CNC机器进行加工。
7. 完成加工后，进行测试和调试。
如果滤波器不满足要求，可以返回到步骤3到步骤6进行优化。
以上是波导腔体滤波器设计的基本流程，当然具体细节还需要根据具体情况进行调整。
在设计过程中，需要注意滤波器的可制造性和可靠性。
同时，在设计过程中要注意避免过度优化导致生产成本过高。
腔体滤波器工艺流程
腔体滤波器工艺流程
腔体滤波器是一种用于滤除特定频率信号的设备，广泛应用于通信系统、雷达系统和无线网络等领域。
腔体滤波器的制造工艺流程是非常关键的，下面我们来介绍一下腔体滤波器的工艺流程。
1. 设计阶段，腔体滤波器的工艺流程首先从设计阶段开始。
工程师根据滤波器的需求和规格，设计出滤波器的结构、尺寸和材料等参数。
2. 材料准备，根据设计要求，准备好所需的材料，通常包括金属材料、陶瓷材料等。
这些材料需要经过严格的质量检验和筛选，确保滤波器的性能和稳定性。
3. 加工制造，在材料准备好之后，进行加工制造。
这个过程包括切割、焊接、打磨、精密加工等步骤，需要使用各种加工设备和工具，确保滤波器的结构和尺寸符合设计要求。
4. 装配调试，在加工制造完成后，进行装配和调试。
将各个部件组装在一起，进行电路连接和调试，确保滤波器的正常运行和性能稳定。
5. 测试验证，最后，对制造好的腔体滤波器进行严格的测试和验证。
包括频率响应测试、功率损耗测试、温度稳定性测试等，确保滤波器满足设计要求并具有良好的性能指标。
通过以上工艺流程，腔体滤波器可以被制造出来，从而满足各种通信系统和雷达系统对于信号滤波的需求。
这些工艺流程的严谨性和精密度对于腔体滤波器的性能和稳定性至关重要。
3.4GHz梳状线腔体滤波器的设计.
本科生毕业论文设计题目： 3.4GHz 梳状线腔体滤波器的设计系 部 学科门类 工 学 专 业 电子信息工程 学 号姓 名指导教师年 月 日装 订 线3.4GHz梳状线腔体滤波器的设计摘要在当今通信领域中，微波滤波器在通信设备中占有重要的地位，在微波毫米波通信、卫星通信、雷达、导航、制导、电子对抗、测试仪表等系统中，有着广泛的应用。
梳状线滤波器具有小体积、高Q值、高功率容量等优点，是微波滤波器中常见的腔体形式，工程实用性较强，广泛应用于通信及其它领域。
本文从滤波器的工作原理出发，分析了梳状线带通滤波器的结构特征，并利用软件Ansoft HFSS进行仿真，最后基于仿真结果制作出实物并进行了调试，使其最终达到预期的指标。
关键词：梳状线滤波器仿真调试ABSTRACTIn the field of current communication, Comb-line filters occupies an important position in communication equipment. Microwave filters has a wide range of applications in microwave communication, millimeter wave communication, satellite communication, radar, navigation, guidance, electronic against, testing instruments system. Comb-line filters have small size, high Q value, high power capacity etc, and is common in microwave filters of the recessed forms, therefore it widely used in communications and other fields . Based on the theory of filters, the structure characters of comb-line band-pass filter have been analyzed and the typical parameters have been calculated. Then the filter is simulated with software Ansoft HFSS. At last, I have manufactured a practicality based on the results of simulation and debugged it for the purpose of achieving anticipative targets.Key words：Comb-line Filter Simulation Debug目录一绪论 (1)1.1 课题来源与意义 (1)1.2 国内外发展状况 (1)1.3 课题的研究内容、方法及手段 (1)二梳状线滤波器的综合介绍 (3)2.1 梳状线滤波器的特点 (3)2.2 梳状线滤波器的结构 (3)2.3 梳状线滤波器的工作原理 (3)三梳状线滤波器的设计 (4)3.1 梳状线滤波器设计思路 (4)3.2 梳状线滤波器的技术指标 (4)3.3 梳状线滤波器的归一化原型 (4)3.4 频率变换 (5)3.5 相关的理论计算过程 (5)四运用Ansoft HFSS进行仿真设计 (7)4.1 单腔模型及仿真结果 (7)4.2 双腔模型及仿真结果 (8)五梳状线滤波器的实物制作与测试 (11)六总结与结论 (12)参考文献 (13)一绪论1.1 课题来源与意义本课题来源于科研生产。
腔体滤波器的设计
腔体滤波器的设计中耦合窗口的计算马军昌魏文珍（西安富士达科技股份有限公司，西安710077）Designing Of Cavum Filter(二)Ma junchang Wei wenzhen(XI,AN FORSTAR S&T CO.,LTD,XI,AN710077)摘要：根据螺旋滤波器耦合窗口，通过螺旋线与谐振杆转换，得出腔体耦合窗口的计算，与实例有很好的吻合。
关键词：同轴腔体滤波器耦合窗口，面积等效Abstract: according to the spiral bandpass coupling window, through spirals and resonant stem conversion, draw recessed coupled with examples of calculation, window has very good agreement. Keywords: coaxial recessed filter coupling window, an area of equivalent 1 引言腔体滤波器谐振腔之间的耦合窗口问题比较复杂，用数学分析的方法来解决比较困难，尤其耦合窗口的高度与耦合系数之间的关系，目前还没有准确的数学分析和计算。
现在可以借鉴的技术只有螺旋谐振器的耦合系数与窗口高度之间一个关系曲线。
如果将其通过等效转换，将螺旋线等效为腔体滤波器的谐振杆，那么问题将会得到解决。
为了更好的说明这个问题，在推导完成之后，再通过一个例题去验证它。
2 同轴腔体之间的耦合2.1 耦合窗口高度和耦合系数之间的关系螺旋滤波器的窗口h的定义图（右）通过实验的方法得到如下的关系曲线：上图中：K—耦合系数；h—窗口高度；d—螺旋线直径上图曲线可以简化为下列公式：（1）上式中的K—耦合系数、是按预畸设计法得到的。
所谓预畸设计法：为了在元件有耗的情况下准确地实现各类响应，须把元件的损耗预先考虑进去，然后进行综合得出有耗时的设计参数来。
hfss腔体滤波器设计实例
hfss腔体滤波器设计实例HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种用于电磁场仿真和分析的软件工具。
它广泛应用于高频电磁场的建模和分析，可用于设计各种射频（RF）和微波器件，如天线、滤波器、耦合器等。
本文将以HFSS腔体滤波器设计实例为题，介绍如何利用HFSS软件进行腔体滤波器的设计。
我们需要明确腔体滤波器的基本原理。
腔体滤波器利用腔体的谐振模式和谐振频率来实现信号的滤波。
通过调整腔体的几何参数和材料特性，可以实现对特定频率范围内的信号进行滤波。
因此，腔体滤波器的设计关键在于确定合适的腔体结构和参数。
接下来，我们将以一个实际的设计例子来具体介绍HFSS腔体滤波器的设计流程。
假设我们要设计一个工作在2.4GHz频段的微波腔体滤波器。
首先，我们需要选择合适的腔体结构。
常见的腔体结构有矩形腔体、圆柱腔体等，根据设计要求选择合适的结构。
在HFSS中，我们可以通过绘制几何模型来定义腔体结构。
绘制完成后，我们需要定义腔体的材料属性，包括介电常数、磁导率等。
这些参数将直接影响腔体的谐振频率和模式。
接下来，我们可以利用HFSS的求解器进行电磁场仿真。
在仿真前，我们需要设置仿真的频率范围和精度。
根据设计要求，选择合适的频率范围，并设置适当的网格精度。
仿真完成后，我们可以通过HFSS的结果分析工具来分析仿真结果。
主要包括频率响应、S参数、电场分布等。
根据设计要求，对仿真结果进行评估和调整。
如果需要改善滤波器性能，可以通过调整腔体的几何参数和材料特性来实现。
在设计过程中，需要注意以下几点。
首先，腔体的尺寸和几何参数应该合理选择，以满足设计要求。
其次，材料的选择和特性对滤波器性能影响很大，需要选择合适的材料并设置正确的特性。
最后，仿真结果的准确性和稳定性也需要重视，可以通过调整网格精度和求解器参数来提高仿真结果的准确性。
HFSS是一种强大的工具，可以用于腔体滤波器的设计和分析。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
腔体滤波器的设计中耦合窗口的计算
马军昌魏文珍
（西安富士达科技股份有限公司，西安710077）
Designing Of Cavum Filter(二)
Ma junchang Wei wenzhen
(XI,AN FORSTAR S&T CO.,LTD,XI,AN710077)
摘要：根据螺旋滤波器耦合窗口，通过螺旋线与谐振杆转换，得出腔体耦合窗口的计算，与实例有很好的吻合。
关键词：同轴腔体滤波器耦合窗口，面积等效
Abstract: according to the spiral bandpass coupling window, through spirals and resonant stem conversion, draw recessed coupled with examples of calculation, window has very good agreement. Keywords: coaxial recessed filter coupling window, an area of equivalent 1 引言
腔体滤波器谐振腔之间的耦合窗口问题比较复杂，用数学分析的方法来解决比较困难，尤其耦合窗口的高度与耦合系数之间的关系，目前还没有准确的数学分析和计算。
现在可以借鉴的技术只有螺旋谐振器的耦合系数与窗口高度之间一个关系曲线。
如果将其通过等效转换，将螺旋线等效为腔体滤波器的谐振杆，那么问题将会得到解决。
为了更好的说明这个问题，在推导完成之后，再通过一个例题去验证它。
2 同轴腔体之间的耦合
2.1 耦合窗口高度和耦合系数之间的关系
螺旋滤波器的窗口h的定义图（右）
通过实验的方法得到如下的关系曲线：
上图中：K—耦合系数；h—窗口高度；d—螺旋线直径
上图曲线可以简化为下列公式：
（1）
上式中的K—耦合系数、是按预畸设计法得到的。
所谓预畸设计法：为了在元件有耗的情况下准确地实现各类响应，须把元件的损耗预先考虑进去，然后进行综合得出有耗时的设计参数来。
这时除通带内附加一固定损耗外，响应曲线与无耗情况一样，这就是预畸设计法。
显然，不同的损耗，综合出来的数据是不同的。
通过上面一个公式明显解不出我们需要的h，因此还需要引入另一个参数ќ，ќ—是归一化的耦合系数.
在低通原型滤波器中,将耦合系数定义为: ќ1 2=ω1 2/ω3dB
ω1 2—相邻两元件的实际谐振频率
ω3dB—滤波器通带边缘衰减3分贝处的实际频率
而耦合系数
Κi，i+1=ќi，i+1×△f3dB/ f0 （2）
上式中：△f3dB---3dB带宽
f0---中心频率
ќi，i+1----相应已的低通原型中第i支路和第i+1支路间的耦合系数
在实际设计中△f3dB是已知数；f0是已知数；ќi，i+1当滤波器的节数和设计原型确定后，可以通过查表的形式得到。
这样通过（2）式既可求出Κi，i+1，将它代入（1）就可以解出h/d
2.2 螺旋线与谐振杆
通过以上公式可以看出，只要知道d就可以解出窗口的高度h，在螺旋滤波器中d是可以确定的，而在同轴腔体滤波器中如果将谐振杆和螺旋线作一等效，问题将得到解决。
2.2.1 圆柱腔
螺旋滤波器:
阻抗: Z c=25×104/f0D D—内腔直径(cm)
当Q值最大时:d/D≈0.55 d—螺线管平均直径(cm)
代入上式有: Z0=137.5×103/f0d (3)
同轴腔体圆柱腔:
Z C1=138㏒D1/d1 (4) D1--同轴腔体圆柱腔内径
d1--同轴腔体圆柱腔谐振杆直径令Z C1= Z0
则有: 138㏒10(D1/d1)=137.5×103/f0d
所以: d=10×103/ f0㏒10(D1/d1) (cm) (5)
2.2.2 矩形腔
方法同上,可以得到
d=10×103/ f0[㏒10(D1/d1)+0.025] (cm) (6)
可见我们利用螺旋滤波器耦合窗口的计算方法，通过转换，将腔体滤波器的腔体，谐振杆等效为螺旋滤波器的腔体和螺旋线，再通过螺旋滤波器的理论去计
算出它的耦合窗口。
3 举例
例:通带频率：2110—2170（MHz）△f3dB≈66.6MHz
矩形单腔：40×40×27（mm）
谐振杆直径：Φ15mm 高20.8mm
节数：8
计算满足通带频率的各耦合出口的宽度，深度.
计算:
1.采用切比雪夫0.01波纹
2.查表得归一化耦合系数
Ќ12=0.8430Ќ23=0.5673Ќ34=0.5198Ќ45=0.5098
Ќ56=0.5198Ќ67=0.5673Ќ78=0.8430
因为:
Κi，i+1=ќi，i+1×△f3dB/ f0
代人Ќi,i+1得到:
Κ12=Κ78=26.259×10-3Κ23=Κ67=17.671×10-3
Κ34=Κ56=16.192×10-3Κ45=15.88×10-3
3.求d
因为: d=10×103/ f0[㏒10(D1/d1)+0.025]
代入f0=2140 D1=40 d1=15
得:d=1.036cm=10.36mm
4.求h/d
由公式(1)得:h i,i+1/d=(K i,i+1/71)1/1.91
代入前面求出的K i,i+1可以得到:
h12/d=0.594 h23/d=0.483 h34/d=0.461 h45/d=0.457
解出h后根据腔体间的隔板厚进行修正(修正值在1.0752～2.4之间)
5.面积等效
计算h后根据面积等效的方法,等效出实际加工
的窗口宽度W和深度H.
图（1）
等效
矩形腔的面积等效
图（2）圆柱腔的面积等效方法同上,
直径同矩形腔的边长.
注：等效运算方法：
边长（直径）×h=W×谐振杆的高 -----图（1）
边长（直径）×h=W×H -----图（2）
6.结构图
4 小结
通过以上推算和等效转换,将复杂的同轴腔体滤波器耦合窗口的计算变得简单化,经过十几种不同频率和带宽的滤波器实践,证明是可行的.现在的设计常用到一些仿
真软件,如果将两者相结合,对设计的结果会更准确.
参考资料
[1]“LC滤波器和螺旋滤波器的设计”成都电讯工程学院
[2] “Simplified Modern Filter Design”，New York，1963
[3] C.F.Nicholson “交叉指状滤波器元件的谐振频率” IEEE T on MTT vol.14 1966。