微波滤波器设计实例
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。
微波滤波器设计实例
微波滤波器设计实例微波滤波器是一种用于滤除不想要的信号和频带，并保留所需信号和频带的电路或设备。
在微波通信、雷达系统、无线电频率干扰以及其他微波应用中，滤波器扮演着至关重要的角色。
本文将通过设计一个简单的微波低通滤波器来介绍微波滤波器设计的一般过程。
首先，我们需要确定设计要求和规格。
对于一个低通滤波器来说，首要任务是能够将所需信号频带内的信号通过，而将其他频带的信号滤除。
通常，我们需要指定滤波器的截止频率、带宽和衰减等参数。
在本例中，我们设定截止频率为2GHz，带宽为500MHz，衰减为20dB。
接下来，我们可以根据设计要求选择合适的滤波器拓扑结构。
常见的微波滤波器拓扑包括LC电路、谐振腔、微带滤波器、耦合线滤波器等。
在本例中，我们选择微带滤波器结构。
然后，我们可以使用滤波器设计软件进行滤波器设计。
滤波器设计软件可以帮助我们进行电路参数计算、滤波器响应仿真和优化等。
输入设计要求后，软件将生成滤波器的电路图和参数。
接下来，我们可以开始进行滤波器的电路实现。
首先，我们需要选择合适的材料和尺寸来制作微带线。
微带线是滤波器中的关键部分，决定了滤波器的性能。
根据设计要求和所选材料，可以使用标准的微带线设计公式来计算线宽和长度。
然后，我们根据滤波器电路图，将微带线和其他元件进行布置。
在布局过程中，需要保证微带线的尺寸和布线方式满足设计要求，并尽量减少布线长度和损耗。
完成布局后，我们可以进行滤波器的制作和组装。
选择合适的PCB材料，并通过PCB制程将滤波器电路图印制在PCB上。
然后，将必要的元件（如电感器、电容器等）焊接到PCB上，并加以调试和测试。
最后，我们可以使用网络分析仪等仪器对滤波器进行测试和性能评估。
通过测量滤波器的插入损耗、衰减和频率响应等参数，我们可以确认滤波器是否达到设计要求。
通过以上的设计流程，我们可以设计和制作出一个满足要求的微波低通滤波器。
当然，这只是一个简单的例子，实际的微波滤波器设计可能更加复杂和精细。
2024版ADS设计实验教程微波滤波器的设计制作与调试
•引言•微波滤波器基本原理•ADS 软件在微波滤波器设计中的应用•微波滤波器制作工艺流程•调试技巧与常见问题解决方案•实验案例分析与讨论•总结与展望目录01引言微波滤波器概述微波滤波器是一种用于控制微波频率响应的二端口网络，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
微波滤波器的主要功能是允许特定频率范围内的信号通过，同时抑制其他频率范围的信号，从而实现信号的选频和滤波。
微波滤波器的性能指标包括插入损耗、带宽、带内波动、带外抑制等，这些指标直接影响着通信系统的性能。
设计制作与调试重要性设计是微波滤波器制作的首要环节，良好的设计能够确保滤波器的性能指标满足系统要求。
制作是将设计转化为实物的过程，制作精度和质量直接影响着滤波器的最终性能。
调试是对制作完成的滤波器进行性能调整和优化，使其达到最佳工作状态的过程。
本教程旨在介绍微波滤波器的设计、制作与调试过程，帮助读者掌握相关知识和技能。
教程内容包括微波滤波器的基本原理、设计方法、制作流程和调试技巧等。
通过本教程的学习，读者将能够独立完成微波滤波器的设计、制作与调试，为实际工程应用打下基础。
教程目的和内容02微波滤波器基本原理低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器微波滤波器分类工作原理及性能指标工作原理性能指标常见类型微波滤波器特点集总参数滤波器分布参数滤波器陶瓷滤波器晶体滤波器03ADS软件在微波滤波器设计中的应用ADS软件简介及功能模块ADS（Advanced Design System）是一款领先的电子设计自动化软件，广泛应用于微波、射频和高速数字电路的设计、仿真与优化。
ADS软件包含多个功能模块，如原理图设计、版图设计、电磁仿真、系统级仿真等，可满足不同设计阶段的需求。
ADS软件支持多种微波滤波器类型的设计，如低通、高通、带通、带阻等，具有强大的设计能力和灵活性。
微波滤波器设计流程确定滤波器类型和性能指标根据实际需求选择合适的滤波器类型，并确定滤波器的性能指标，如中心频率、带宽、插入损耗、带外抑制等。
Microwave Office 滤波器设计实例(新)
Microwave Office 滤波器设计实例【微波EDA网】Microwave Office 是一个强大的RF计算机辅助设计及仿真软件。
它提供一整套完整的把你的设计思想转换为产品的设计环境和解决方案。
使用较方便直观。
下面应用它来设计一个滤波器。
其主界面如下图：（图1）应用Microwave Office的整个设计过程可以主要分为以下几个步骤：1．创建一个schematic电路原理图；2．加入图表及物理量测量方法；3．电路仿真；4．调整电路；5．创建变量；6．最优化电路。
具体操作如下：一、新建一个新的工程1．选择下拉菜单的File > New Project;2．选择File > Save Project As，给工程取个名字保存到本地磁。
二、设置工程默认的单位1．选择下拉菜单中的Options > Units；2．修改其中的单位点击OK完成操作。
三、创建一个schematic原理图1．选择菜单Project > Add Schematic > New Schematic2．输入原理图的文件名例如：filter四、放置元器件1．按一下左下窗口的Elem，出现元件对话框2．按一下其中的Lumped Element旁边的“+”号，扩展Lumped Element组3．选择其下面的Inductor子组，再选中下方窗口显示IND模型，用鼠标左键选中并按住拖到schematic窗口的合适位置出，释放左键。
如需改动元件位置再用左键选择拖动即可。
4．再重复上述操作，在schematic中放置一共四个IND电感。
并使他们连起来位置如图1所示。
5．选择Capacitor子组，再选中下方窗口中的CAP模型，拖动至schematic中放置位置如图1与电感连接。
在拖动过程中按住左键并单击右键可以旋转器件。
五、连接导线鼠标移至C1的下端节点此时鼠标形状改变，点中并拖动连接C2、C3的下面节点，完成连线。
实验四微波射频带通滤波器设计
jX / 2 1
1 cos 2sin / 2 X 2Z 0tg (l / 2v p ) 利用 B Y sin( l / v ) sin 2sin( / 2) cos( / 2) 0 p C =Y0 l / v p B Y0 sin( l ) Y0 l C l / 8: L Z0l / v p X 2Z 0tg ( l / 2) Z 0 l L
2
1.2.2 优化函数（低通）
5
(1).最平坦响应(Butterworth)
L 1 2 N ：容差系数 N：阶数 1, L 3dB
阻带衰减：
N Ls 10 lg(1 2 s )
微波滤波器设计2
HFSS建模仿真时延
仿真结果如右图所示
进行三维制图
按照上述步骤仿真RX通带的腔数和单腔尺寸、窗口尺寸等 将窗口尺寸在AUTOcad中画出来 交给结构工程师制图，布螺钉等； 螺钉距离一般按照15-30mm之间布置
注意：仿真时的 单腔谐振频率应 该比通带最高频 率高，比如通带 要求935960MHz，则仿 真频率一般到 980MHz左右。
用AutoCAD排腔
前面已得出单腔尺寸及腔数； 根据客户结构要求及端口位置合理安排腔的位置
窗口仿真
窗口仿真目的
耦合系数K值
仿真实例
腔体间距31mm； 谐振柱尺寸单腔仿真时已得出； K值主要与谐振柱之间的间距、窗口 大小两个因素决定.
HFSS建模仿真窗口
在窗口仿真模型中设置 一个Output Variables:K 选择菜单HFSS → Results→ Output Variables →弹出对话 框，如下图设置，在 name栏输入K， Expression输入K值的 计算公式； 设置完成后点击Add →Done →完成
HFSS建模仿真窗口
滤波器指标实例
工作环境条件
• 工作环境温度： -40℃～+80℃ 工作环境温度： 40℃ • 相对湿度：≤95％（40°C ±2°C） 相对湿度： 95％（40° ％（40 • 大气压：（70～106）kPa； 大气压：（70～106）kPa； ：（70
存储环境条件
• 环境温度：-40℃～+70℃ 环境温度： 40℃ • 相对湿度：5%～98% 相对湿度：5%～
微波超宽带滤波器PPT课件
信道容量大
衰减较少
UWB 技术特点
定位精确
数据传输效率极 高
很好的保密性
成本低和功 耗低
几种超宽带微波滤波器的设计方法
1、平行耦合线设计公式的改进 2、带有开路枝节的环形谐振器 3、双模双环谐振器形式 4、带调谐枝节及微扰的正方环形谐振器 5、多模谐振器形式
几种超宽带滤波器的设计实例
1、双模谐振器设计超宽带滤波器 2、一种具有宽阻带特性的超宽带滤波器 3、四分之一波长短截线超宽带滤波器的设计 4、2GHz-4GHz梳型超宽带滤波器设计
滤波器是各种无线通信、雷达等系统中必不可少的重要 器件之一，它能有效地滤除各种无用信号及噪声，降低各通 信频道问的信号干扰，从而保障通信设备的正常工作，实现 高质量的通信，进而达到频谱资源的有效利用。随着现代通 信技术向着高速、宽带、大容量的方向发展，有限频谱资源 的分配日趋紧张，为了使各种通信系统互不干扰，迫切需要 研究开发高性能的微波、毫米波滤波器。尤其是超宽带通信 系统成为近年来的研究热点，通信系统要求收发信机的工作 带宽要高达几GHz，这就对微波滤波器设计提出了更高的要 求：更宽的带宽、更低的损耗、更小的体积以及陡峭的阻带 特性等。传统窄带是指相对带宽小于1％，相对带宽在1％到 20%之间被称为宽带，超宽带特指相对带宽大于20％或带宽 大于500 MHz。
论文总体结构
一、引言
滤波器概述
微
波 二、理论基础 微波滤波器的分类 超
宽
超宽带技术概述
带
滤
几种超宽带微波滤波器的设计方法
பைடு நூலகம்
波 器
三、应用设计 几个超宽带微波滤波器的设计实例
超宽带滤波器发展趋势
四、结论
本文主要内容
微波滤波器的设计-PPT精品文档
2019.7.23
顾名思义，滤波器是一种滤波元件， 其主要作用是滤除不需要的杂波干扰， 得到需要的信号。因此，滤波器在现在 通信系统中，是一个不可或缺的部件， 其性能的好坏直接关系到通信系统的性 能的优劣。
1 巴特沃斯滤波器（最平坦滤波器）
滤波器的传输函数： 滤波器的低通频率响应曲线：
HFSSDesign1
60.00
55.00
50.00
45.00
Q(1)
40.00
35.00
30.00
25.00 -8.00
-7.00
-6.00
-5.00 feed_x [mm]
-4.00
-3.00
-2.00
微带型交叉耦合滤波器的设计 Example1： 滤波器的仿真： step3 耦合系数的仿真
Ansoft Corporation
0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0.00
0.08
0.045 0.040 0.035 0.030
re(K_tune)
re(K_tune) Setup1 : LastAdaptive cut1='2mm' sub_H='1mm' sub_L='50mm' sub_W='30mm' W1='15mm' w 11='2m re(K_tune) Setup1 : LastAdaptive cut1='2mm' sub_H='1mm' sub_L='50mm' sub_W='30mm' W1='16.2mm' w 11='2
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（1）若用一对称电容膜片进行匹配，求L及d的值。（设t=0） （2）若用一对称电感膜片进行匹配，则L及d各为多少？设t=0）
解：
Li d min d0i
dmin 0.375g
2
由式（1.6-21a）、（1.6-23a）得 g 1 d 01 arctan( ) 0.1g 2 g 1 d 02 arctan( ) 0.1g 2 由式（1.6-21b）、（1.6-23b）得A-A1处所呈现的归一化电纳
→ pa1 pa 2
La1 La2
23.367(mm)
pa1
4
5.842(mm)
eb 7.002
Lb
→
4
pb
c f 0 eb
22.675(mm)
pb
5.669(mm)
4. 威尔金森功分器设计公式汇总
Z 02 Z 0 k (1 k 2 ) Z 03 Z 0 1 k 2 k3
解：（2）输出匹配电路的设计
输出匹配电路的设计就是将Z0转换为ZML。
方法：先通过一段四分之一波长的传输线，将导纳Y0变换 为GML，然后再用终端开路的并联分支线提供电纳 jBML， 二者并联后即可得所需要的YML。
YML GML jBML 1 /(7.46 j27.1) 0.00944 j0.0343 (S )
→
d≈1.46cm
3.微带双分支定向耦合器设计方法 设计步骤： ① 确定耦合器技术指标。 ②利用式(6.2-17)计算出各线段的 归一化导纳。 ③利用式（6.2-19）计算各段微带 线的特性阻抗；
Z a1 Za2 Z 1 0 Ya1 a1
1 v 3 C ( dB ) 10 10 1 b 2 R (1 v3 ) a1 b v3 R a2 a1
ZMS 5.27 j18.8()
→
YMS GMS jBMS 0.0138 j0.0493(S )
Z01 Z0 / GMS 60.193
j 1 tanl2 jBMS Z 02
为简单起见，取
l2 p / 8 0.125 p
→
Z 02
2 p tan p 8 20.284 0.0493
放大电路的最终结构如下图所示。
设计实例2 一个喇叭天线由标准矩形波导BJ-100 馈电，传输TE10 模，波长为3cm，天线的归一化输入阻抗为 Z L 0.8 j0.6 （1）若用一对称电容膜片进行匹配，如下图所示，求电容膜片接 入处到喇叭天线的距离L及膜片尺寸d的值。（设膜片厚度t=0） （2）若采用对称电感膜片进行匹配，则L及d各为多少？设t=0）
p
0 e
设计实例 3 试设计一个3dB微带双分支定向耦合器，已知 各端口微带线特性阻抗均为50欧姆，中心频率为5GHz，介 质基板的相对介电常数 r 9.6 ，基板厚度h=0.8mm。 解：C=3dB, R=1 → b 2 , a1 a2 1 1 v 3 C ( dB ) Z0 Z a1 50 10 10 a1 1 b 2 → Z a 2 Z 0 50 R (1 v3 ) a2 a b v R 1 3 Z0 Zb 35.4 b a2 a1 由式（2.7-8）得主线和各微带线段 的导体带条宽度分别为 W0 Wa1 Wa 2 0.795mm Wb 1.486mm
Z0 1 Ya 2 a2
1 Z0 Zb Yb b
Z a1
Z 1 Z0 1 1 Z ; Za2 0 ; Zb 0 Ya1 a1 Ya 2 a2 Yb b
利用式（2.7-8）计算主线和各微
带线段的导体带条宽度。
8e A 2A W e 2 h 2 r 1 0.61 B 1 ln( 2 B 1 ) ln( B 1 ) 0 . 39 2 r r
' Z02 Z0 / GML 72.778
3 p l 8
' 1
因为相对介电常数 r =9.9，查表2.7-1或由式(2.7-8)得
' W01 / h 2.4 , ' ' ' e 2 . 722 ; W / h 0 . 38 , 1 02 e 2 2.51
' 1
设计实例 3 试设计一个3dB微带双分支定向耦合器，已知 各端口微带线特性阻抗均为50欧姆，中心频率为5GHz，介 质基板的相对介电常数 r 9.6 ，基板厚度h=0.8mm。
W0 Wa1 Wa 2 0.795mm 解：
c f 0 ea1
Wb 1.486mm
由式（2.7-7）得 ea1 ea 2 6.593
微波电路与器件设计方法及实例
1. 微带匹配电路设计 2. 波导匹配电路设计 3. 微带双分支定向耦合器设计 4. 威尔金森功分器设计 5. 微波低通滤波器设计 6. 波导带通滤波器设计 7. 微带带通滤波器设计
设计实例1 下图所示是一个GaAs FET放大电路的原理图。要 求从FET向信号源方向看去的阻抗 ZMS 5.27 j18.8() ，从FET 向负载方向看去的阻抗 Z ML 7.46 j27.1() 。已知工作频率为 3GHz，Z 0 50 ，试用微带结构设计输入、输出匹配电路。 r 微带基片的相对介电常数 =9.9，基片厚度h=1mm。
于是得
W 2.4mm , l
' 01
30 8
' e1
13.777mm ; 9.96mm
' ' W02 0.38mm , l2
0
4
' e2
W01 0.64mm , l1 9.773mm ; W02 4.1mm , l2 4.464mm
' W01 2.4mm , l1' 13.777mm ; ' ' W02 0.38mm , l2 9.96mm
Z0 k
Z 04 R2 Z 0 k Z 0 Z 05 R3 Z 0
1 k r Z0 k
2
对于等分功分器
P2 P3 , k 1
Z02 Z03 2Z0
r 2Z0
Z 04 Z 05 Z0
等分功分器
Z 02 Z 03 2Z 0
Z 04 Z 05 Z 0
d01 0.1g
dmin 0.375g
பைடு நூலகம்
d02 0.1g
b1 j0.707
（容性）
b2 j0.707
（感性）
（1）对于容性电纳，取
L L1 0.375g 0.1g 0.475g 1.889(cm)
若采用对称电容膜片，则
bc Bc 4b d 4 1.016 d d ln(csc ) ln(csc ) 1.022 ln(csc ) Y0 g 2b 3.976 2b 2b
Li d min d0i
L
(i=1,2)
j
Z L 1 (0.8 j0.6) 1 1 e Z L 1 (0.8 j0.6) 1 3
2
→ d min
L g /2 g g 0.375g 2 4 2 2 4
1 3 2 1 1 3 1
解：查附录 I 知，标准矩形波导 BJ2.286 1.016cm 100的尺寸为 1 . 5 cm a 2.286 cm 3cm → 2
2
故可实现单模传输。
g
1 (
2a
)2 1 (
3 3 )2 2 2.286
3.976(cm)
所以，该馈电网络与并联单枝节匹 配电路的原理相同。
h=1mm，→
e1 2.558 ; W02 / h 4.1 , e2 2.8
W01 0.64mm ; W02 4.1mm
0 31011 / 3 109 100(mm)
→
l1
0 0 9.773mm ; l2 4.464mm 4 e1 8 e2
设计实例1 下图所示是一个GaAs FET放大电路的原理图。要 求从FET向信号源方向看去的阻抗 ZMS 5.27 j18.8()，从FET 向负载方向看去的阻抗 Z ML 7.46 j27.1() 。已知工作频率为 Z 0 50 ，试用微带结构设计输入、输出匹配电路。 3GHz， r =9.9，基片厚度h=1mm。 微带基片的相对介电常数
设计实例2 天线的归一化输入阻抗为 Z L 0.8 j0.6 （1）若用一对称电容膜片进行匹配，如下图所示，求电容膜片 接入处到喇叭天线的距离L及膜片尺寸的值。（设t=0） （2）若采用对称电感膜片进行匹配，则L及d各为多少？设t=0）
用并联单枝节匹配原理进行求解。 若采用并联终端开路分支的 计算公式，则
解：（1）输入匹配电路的设计
输入匹配电路的设计就是将 Z0 转换为 ZMS ，与第 1 章 中介绍的将负载复阻抗变换为传输线的实特性阻抗的过程 相反，但原理是一样的。
方法：先通过一段四分之一波长的传输线，将导纳Y0变换 为GMS，然后再用终端开路的并联分支线提供电纳 jBMS， 二者并联后即可得所需要的YMS。
d02 0.1g
b1 j0.707
（容性）
b2 j0.707
（感性）
（2）对于感性电纳，取
L L2 0.375g 0.1g 0.275g 1.093(cm)
若采用对称电感膜片，令
g BL d 3.976 2 d bL cot 2 ( ) cot ( ) b2 0.707 Y0 a 2a 2.286 2 2.286