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
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 A1 1M1k t 1M kN *'iM2N人M 1,N_ej■'s jM12jM130jM12s jM23 0=jM13a jM23s9 0jM1,N 一jM2,N U jM3,N —■0 一11jM1 NjM2 NjM3NjM1, N JjM1 NjM2,N -1jM2 NjM3,N -4jM 3njM N —, N i N -1jM N -1, N s R2 JL|N MR i e ik,N 11/2H 'N1/2H 1H1/2H i21/2H ■■-R2这个电路的回路方程可以写为〕「h 1I i2i3或者写成矩阵方程的形式：E = ZI二(sU0• jM R)I般来讲，频率都归一成 1，即0=1,则jM ij j M 厂 j 0M ij其中E 为电压矩阵，I 为电流矩阵，Z 为阻抗矩阵,U0是N X N 阶单位矩阵。
交叉耦合滤波器设计正文
第一章滤波器简介和设计思想1、滤波器概念和简介滤波器是通信工程中常用的重要器件，它对信号具有频率选择性，在通信系统中通过或阻断、分开或合成某些频率的信号。
虽然滤波器的物理实现形式多种多样，但其等效电路网络的拓扑结构是相同的。
显然，滤波器的设计要根据各种因素综合考虑。
通常的，滤波器设计中考虑的主要因素有：●体积和重量●品质因数Q●带宽●调谐范围●耦合结构●功率容量●造价根据不同的波段和应用，各种形式的滤波器可以简单的列表见表1.1，其滤波器实物见图1.1。
表1.1 滤波器工程应用频段UHF L/S C X/Ku Ka工艺SAW螺旋介质梳状平面波导梳状SAW介质平面高温超导波导介质波导高温超导平面梳状介质波导平面波导介质平面应用移动通信卫星通信PCS卫星通信MMDS卫星通信卫星通信链接LMDS卫星图1.1 不同形式的滤波器实物照片2、综合，还是优化传统的滤波器设计，采用网络综合的方法。
所谓网络综合，是预先规定元器件特性而用网络去实现的一个过程。
它大致包括三个步骤：提出目标，即理想响应；选用可能的函数去逼近理想响应；设法实现具有逼近函数特性的网络。
由于采用的逼近函数不同，一般有Butterworth综合、Chebyshev综合、椭圆函数综合等滤波器设计方法。
计算机技术的不断发展为滤波器优化设计提供了可能。
是采用综合的方法，还是采用优化的方法完成滤波器设计呢？它们各自的特点见表1.2。
表1.2 综合与优化设计方法的比较综合优化明确的数学和物理意义可能是最优的有效的需要特定的函数有时是困难和耗时的理论较少，更实际公式简单适应市场需要非特定规划的可能是低效率、耗时和非唯一的近年来，随着计算机计算能力的急剧提高和全波电磁仿真软件（如Ansoft）的大力发展，优化的方法好像越来越有效和简单。
但是，无论计算能力多么巨大，仿真软件如何优秀，单纯地依赖优化的方法仍然有其固有的局限性。
首先，优化的方法需要确定优化的变量和代价函数，通常代价函数可以采用实际响应和理想响应的差距，而优化变量的确定就复杂得多，实际中常常是已确定网络的拓扑，优化元件值；或者已确定基本的结构优化物理尺寸等等。
交叉耦合腔体滤波器的设计与实现
系求解 传输零 点的方法 设计 阻带 任 意幅度 特性 的滤波 器 ， 需要求解 一系 列的非线性 方 程组 ， 当传 输零 点 个数 多 于 且 ２ 个时 ， 较为繁琐 口。文献［］ 已给 定的滤 波器 设计 计算 ］ ２在
指标 的基础上 ， 根据 带 内反 射 和带外 衰减 之 和 的关 系可 以 达到确定 滤波 器零点位 置 的 目的 ， 求解 过程 中所需 的判 但 断范 围具 有一定 的随意 性 。 本 文 结合 以上 ２种方 法 ， 利用 带 内反 射 和带 外 衰减
Ｋｅｗｏ ｄ ：ｇ ｎ ｒ ｌ ｅ ｙ ｈ ｖ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｚ ｒｓ ｏ ｐｉ ｔｉ ；ｒ ｓ—ｏ ｐｉｇ ｆ ｔｒ ｙ ｒｓ ｅ ｅ ａ ｂ ｓ ｅ ；ｒｎ ｍｉｓｏ ｅｏ ；ｃ ｕ ｌ ｍａｒｘ ｃｏ ｓｃ ｕ ｌ ｉ ｅｓ Ｃｈ ｇ ｎ ｎ ｌ
Ｏ 引
言
素 。在通常 的设计 中 ， 传输 零 点 的位置 往往 是根 据 经验或 反复 实验来 进 行 人 为 的确 定 。采 用 由广 义 Ｃ ｅ ｙｈ ｖ函 ｈｂｓｅ
微波滤波 器是 雷 达 系统 、 信 系统 、 量 系 统等 系统 通 测
中最 常见的元器 件之 一 ， 性 能 的优劣 往往 直 接影 响 到整 其
个系 统的质 量 。广义 切 比雪 夫 滤 波 器在 通 带 内产生 等 波
数 的极 值特性 推 导 出传 输 极值 点 频 率与 传 输 零点 的 关 系
方法 ； 基于提出的分析模 型， Ａ ｓｆ ＨＦ Ｓ建立同轴腔体滤 波器 ， 用 ｎ ｏｔ Ｓ 对谐振 腔的本征频率 、 合系数 、 耦 抽头位 置进行仿 真计算。通过 ９０ ６ ＭＨｚ 交叉耦合滤波器实例设计验证 了该综合方法 的有效性 。 关键词 ：广义 ｃ ｅ ｙｈ ｖ 传输零点 ； 合矩 阵； ｈ ｂ ｓｅ ； 耦 交叉耦合 滤波器
《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、引言在电子通信系统中，滤波器是一个不可或缺的组成部分。
耦合带通滤波器作为一种特殊的滤波器，能够允许特定频率范围内的信号通过，同时抑制其他频率的信号。
在通信系统、雷达系统、测试设备等领域有着广泛的应用。
本文旨在详细阐述耦合带通滤波器的仿真与设计过程，以期为相关领域的研究人员和工程师提供一定的参考。
二、理论基础在开始设计耦合带通滤波器之前，我们需要了解一些基本的理论知识和设计原理。
1. 滤波器的基本概念：滤波器是一种用于信号处理的电子设备，它可以根据需要选择性地通过或阻止特定频率范围内的信号。
2. 带通滤波器的定义：带通滤波器是一种特殊的滤波器，它允许在特定频率范围内的信号通过，同时抑制其他频率的信号。
3. 耦合带通滤波器的原理：耦合带通滤波器利用电感、电容等元件的耦合作用，实现特定频段的信号传输和抑制。
三、设计步骤设计耦合带通滤波器的过程可以大致分为以下几个步骤：1. 确定指标：根据实际需求，确定滤波器的中心频率、带宽、插入损耗等指标。
2. 选择元件：根据设计指标和实际条件，选择合适的电感、电容等元件。
3. 设计电路：根据所选元件和设计指标，设计出电路图。
这一步需要运用电路理论知识，确保电路的稳定性和性能。
4. 仿真验证：利用仿真软件对设计的电路进行仿真验证，检查是否满足设计指标。
这一步可以帮助我们提前发现设计中可能存在的问题，并进行修改。
5. 制作与测试：将设计好的电路制作成实物，并进行实际测试。
通过测试结果，我们可以对设计进行进一步的优化。
四、仿真过程仿真过程是验证设计可行性的重要环节。
在这里我们主要使用MATLAB软件进行仿真。
1. 建立模型：根据设计好的电路图，在MATLAB中建立相应的模型。
这一步需要确保模型的准确性和可靠性。
2. 设置参数：根据设计指标和实际条件，设置模型的参数。
包括元件的参数、电路的拓扑结构等。
3. 进行仿真：运行仿真程序，观察仿真结果。
《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。
一种新型交叉耦合微带滤波器的设计
一种新型交叉耦合微带滤波器的设计
一种新型交叉耦合微带滤波器的设计
曹锐;孙振鹏
【摘要】文章通过对当前一种先进微带滤波器进行等效电路分析,并进行多方位的仿真和拟合计算,最终设计出6阶高选择性微带滤波器,理论分析和全波仿真结果近似一致;该滤波器不仅尺寸小,而且通带性能好,带外抑制度高;可广泛应用于平面电路中,在MMIC、超导技术等先进电路中也有很高的使用价值.
【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2006(029)004
【总页数】4页(P444-447)
【关键词】微带滤波器;开环谐振器;耦合系数
【作者】曹锐;孙振鹏
【作者单位】华东电子工程研究所,安徽,合肥,230031;合肥工业大学,电气与自动化工程学院,安徽,合肥,230009;华东电子工程研究所,安徽,合肥,230031
【正文语种】中文
【中图分类】工业技术
第 29 卷第 4 期 2006 年 4 月合肥工业大学学报（自然科学版）JOURNAL OF HEFEi UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.29No.4Apr.2006 一种新型交叉搞合微带滤波器的设计曹锐J,2 ，孙振鹏1(1.华东电子工段研究所．安徽合肥 230031 : 2.合肥工业大学电气与自动化工程学院．安徽合肥230009)摘要：文章通过对当前一种先进微带滤波器进行等效电路分析，并进行多方位的仿真和拟合计算，敲终。
微带交叉耦合型滤波器研究与设计
微带交叉耦合型滤波器研究与设计杨永侠，王亚亚（西安工业大学电子信息工程学院，陕西西安710032）摘要：为了进一步实现滤波器的小型化，便于集成，本文根据滤波器的设计理论，详细阐述了如何利用ADS软件来设计、仿真及其优化带宽为100MHz的交叉耦合微带带通滤波器，结果表明此设计不但达到了目标参数的设计要求，而且实现了滤波器的小型化。
关键字：微带滤波器；交叉耦合；带通滤波器；ADS滤波器的主要的功能是用来分隔频率，让需要的频率信号通过，抑制不需要的频率信号，它的性能的好坏直接影响到整个系统的优劣。
射频和微波电路中最常用的是微带线滤波器，常见的微带线滤波器有平行耦合型，发夹型，交指型，交叉耦合型等等。
本文设计的是交叉耦合型带通滤波器。
交叉耦合型滤波器是半波长耦合滤波器的一种变形结构，是把半波长谐振器折合成“U”型结构，然后相互交叉，因此结构紧凑，尺寸较小，具有较好的性能，在微波电路中有着良好的应用前景。
滤波器的性能主要由微带线的物理参数决定，这些参数包括：谐振器长度、谐振器间的耦合间距以及抽头位置等。
所以，设计滤波器的重点与难点就是对这些物理参数的确定。
本文通过对通带为3.0——3.1GHz滤波器的ADS设计详细叙述了微带交叉耦合型滤波器的设计方法，并研究了物理参数对滤波器性能的影响。
收稿日期：2012-04-09作者简介：杨永侠(1962-)，女，西安工业大学，教授，主要从事信号处理与电磁兼容方面的研究。
Email: ****************手机：139****8800；*通讯作者：王亚亚，*********************1 交叉耦合型滤波器的设计原理1.1 交叉耦合带通滤波器原理Z,Z分别交叉耦合滤波器以开路式对称耦合微带单元级联而成，如图1(a)示：式中。
0o0e表示耦合微带的奇模、偶模特性阻抗，c θ表示耦合微带线的电长度。
其1A 矩阵为： 220e+0o 0e-0o 0e+0o 0e-0o 0e-0o 10e+0o 0e-0o 0e-0o Z Z (Z )(Z )cos cos Z Z 2(Z )sin 2sin Z Z cos Z Z Z Z c c c c c Z Z θθj Z θA θj θ⎡⎤-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦(1) 该耦合单元可以等效成一个导纳倒置器和接在两端的两端长度为c θ、特性导纳为0Y 传输线的组合。
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:这个电路的回路方程可以写为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,则其中E 为电压矩阵，I 为电流矩阵，Z 为阻抗矩阵，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：其中对角线上的元素代表每一个谐振腔回路的自耦合，表示每一个谐振腔的谐振频率fi 与中心频率f0之间的偏差。
（在同步调谐滤波器中，认为它们的值都取零）。
R 矩阵是N ×N 阶方阵，除R(1,1)=R1，R (N,N)=R2为非零量以外，其它元素值都等于零。
那么，这个电路的传输函数可以写为其中，D(cofZ1N)表示Z 矩阵第一行、第N 列元素的代数余子式，D(Z)表示Z 矩阵的行列式。
相应地,通带增益频响特性为取 n =3，可得 3×3 阶耦合矩阵M ：3阶椭圆函数滤波器的低通增益函数修正为：其中上述方法中的等波纹系数也必须进行修正，修正方法有下列两种：(1)取n F 导数为零的点，得到(－1，1)内各点的最大值α，有：(2)令标准椭圆函数与修正后的椭圆函数在边带上的衰减相等，从而求得修正后的纹波系数：四、 实验内容设计一个交叉耦合滤波器，其指标要求如下：中心频率：910MHz带宽：40MHz带内反射：< 20dB带外抑制：在MHz 处>20dB此滤波器通过三腔微带结构(环形谐振器)实现。
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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
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：
⎥⎥⎥
⎥⎥⎥
⎥⎥⎦⎤
⎢⎢⎢⎢
⎢
⎢⎢
⎢⎣⎡=--------00000,1321,11,31,21,131
,32313
21,2231211,11312N
N N
N
N
N N N N N N N N N N N M M M M M M M M M M M M M M M M
M M M M Λ
ΛM M ΛM M M ΛΛΛM
其中对角线上的元素代表每一个谐振腔回路的自耦合，表示每一个谐振腔的谐振频率
fi 与中心频率f0之间的偏差。
（在同步调谐滤波器中，认为它们的值都取零）。
R 矩阵是N ×N 阶方阵，除R(1,1)=R1，R (N,N)=R2为非零量以外，其它元素值都等于零。
那么，这个电路的传输函数可以写为
()()()Z Z D D R R e R i s S N N 1211221 cof 22==
其中，D(cofZ1N)表示Z 矩阵第一行、第N 列元素的代数余子式，D(Z)表示Z 矩阵的行列
式。
相应地,通带增益频响特性为
()()()
2
12
12
1
2
cof 44Z Z D D R R e R
i s G N N ==
取 n =3，可得 3×3 阶耦合矩阵M ：
3阶椭圆函数滤波器的低通增益函数修正为：
其中。