Ka波段微带带通滤波器研究
基于扇形枝节的Ka波段带通滤波器设计
(
2)
(
3)
Z2s
i
n
θ2
j
Ys 1
Y2s
i
n
θ2
c
os
θ2
j
由于结构对称,所以有:
传输线。
将图 2 所示的微带传输线列写为适用于级联网
络的 ABCD 矩 阵,
A、
D 为 无 量 纲 参 数,
B 的量纲为
(
9)
s
θ2
1 0 co
θ1 j
Z1s
i
n
45 GHz 带 外 谐 波 成 分 的 滤 除,谐 波 抑 制 大 于 15
dB,整个滤波器核心部分大小仅为 5 mm×3 mm.
1 谐振单元
Zin=
ri)
J1(
r0)-J0(
ri)
N1(
r0)
120
πh N0(
β
β
β
β
-j
.
(
)
(
)
(
)
(
ri N1 β
ri -N1 β
ri J1 β
r0)
riφ εeff J1 β
885
890.
WANG Na,
J
IANG Rundong,
HAN Peng,
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J].
J
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利用HFSS分析Ka波段慢波微带带通滤波器_时晶晶
合肥师 范学院学报 Journal o f Hefei No rmal U niversity
N ov. 2010 V ol. 28 N o. 6
利用 H FSS 分析 K a 波段慢波微带带通滤波器
时晶晶
( 合肥师范学院 物理与电子 工程系, 安徽 合肥 230061)
图 6 H FSS 仿真结果
利用 Agilent 8757D Scalar N et w ork Analyzer 测试滤波器结果如图 7 所示, 结果包括了两个耦合 探针微带到波导的过渡。
图 7 实物测试图
4 总结 在加载电容型毫米波微带带通滤波器 的研究
中, 主要是应用 H F SS 进行软件仿 真分析, 在 计算 速度上大大得到提高。通过软件仿真得到的技术参 数和性能指标与实际测试结果吻合良好, 说明了这 种软件的优越性和精确性, 为系统研究和开创性探 讨提供了方向和指导[ 6] 。
首先我们分析如图 1 所示的电容负载无耗传输 线谐振器电路, CL 是负载电容, ZB、BA 和 d 是无负载 线的特性阻抗、传播常数和物理长度。电长度 HA=
图 1 加载电容谐振器
V1
A B V2
=
( 1)
I1
C D - I2
其中
A = D = cosHA-
1 2
XCL
Z
Asin HA
( 2)
B = j ZAsinHA
[ 摘 要] 介绍了一种新型的 Ka 波段微 带带通滤波器。对这种滤波器进行了分析, 推导 了滤波器产 生慢波效 应的机理。
该滤波器通过加载电容而出现慢波效应, 使得 在不改变电路性能的情况下, 减小了电路 尺寸。同时由 于电路中 加载电容形 成
微带线带通滤波器的研究
武汉理工大学硕士学位论文微带线带通滤波器的研究姓名：徐晓东申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：陈永泰20070401‘簧‘莺武汉理工大学硕士学位论文］二ｏ—————Ｔ——————ｏ＿＿＿＿——ｏ—————．Ｌ．．．＿（Ｉ）并联电基等效电路（－）并鞋电存辱兹电路图３－７微带线的并联电容和电感（３）串联电容的结构实现在微带线中集总元件串联电容可用很多方法来实现，图３．８示出主要的三种经典简单结构。
图３．８ａ是间隙电容。
图３．８ｂ是中心导带上叠层电路。
图３—８ｃ是交指电容。
关于间隙电容的计算将在设计半波长终端谐振耦合滤波器时作介绍。
图３．８微带并联电容（４）ＬＣ串联谐振电路的结构实现如图３－９Ａ所示为微带线的并联的ＬＣ串联谐振电路。
图中用一段高阻抗线实现电感Ｌ用一段低阻抗线实现电容ｃ，两者的元件参数也示于图中。
在实际应用中，对于Ｔ型接头、阻抗阶梯以及开路端都须进行修正，才能得到较好的效果。
（Ｑ）微带结构（ｂ）等效电路图３－９Ａ微带ＬＣ串联联谐振结构乙。
等Ｋ。
等㈤都有ｔ９００或其奇数倍的影象相移【弘删。
同时还可以用ＡＢＣＤ矩阵来表示理想的褂分刁…褂［ｏ］…图４－１１电抗转换关系在图中可以很清楚看到一个串联电感的两边加上阻抗变换器是与并联的电容等效的，同样，一个并联电容的两边加上导纳变换器与一个串联电感是等效的。
所以，倒置变换器只要选择适当的ＫＪ参量，就可以实现电容和电感的转换。
利用这种特性我们可以将滤波器电路转换成不同的等效的形式，给滤波器的设计带来很大的方便。
对上面两种低通原型的拓扑结构，利用倒置变换，可以转换成图４－１２所示的结构。
４１工±舞。
Ka波段三通道接收组件的研究
摘要单脉冲雷达体制广泛应用于空对空导弹雷达系统，空间高精度跟描雷达系统等精确制导和精密跟踪雷达系统中。
三通道接收组件是单脉冲雷达系统的关键部件，因此有着非常广泛和重要的应用前景。
接收通道的主要功能是对雷达天线接收到的微弱信号进行低噪声放大，变频，滤波，抑制外部干扰、杂波以及本机的噪声。
近年来毫米波技术日趋成熟，工程应用越来越广泛，成为高性能高可靠性武器装配系统应用的主流方向。
本文研究成功了一种星载环境应用的Ka波段三通道接收组件，产品的性能达到了研制预期。
经过测试，组件的噪声系数≤3.2，增益31±2dB，耐功率能力≥5W(平均功率)，通道间隔离≥40dB，开关隔离度≥35dB，全温范围幅度一致性≤2dB，全温范围内相位差稳定性≤20°。
研制出的组件还通过了一系列的星载环境试验验证，产品的研制满足整机系统的要求。
本文首先从三通道接收组件的特点出发，介绍了组件的波导端口匹配设计、关键技术指标和设计重点。
然后根据技术要求将组件分解成四个分模块，对各个分模块分配了指标要求并进行了详细设计。
最后对三通道组件的总体指标设计进行了复核复算，完成了三通道组件的设计方案。
本文重点对波导同轴转换、大功率开关、镜像抑制混频器，宽带中频电桥等单元电路的原理和实现进行了详细的介绍，对关键电路如大功率开关的耐功率设计进行了试验验证，对宽带中频桥实物进行了测试验证，测试结果均能符合要求。
本课题采用多芯片组件（Multi Chip Model，MCM）微组装工艺完成毫米波电路的装配，采用激光封焊工艺实现组件的整体密封，以满足组件的高可靠性设计要求。
本文对三通道接收组件在单脉冲雷达体制中的应用特点进行了详细的说明，文章论述的单元电路的设计原理及电路模型，单个通道的指标分配方案、组件的总体设计思路对该方向产品的设计有一定的参考意义。
通过对本课题的研究和总结，为毫米波三通道接收组件的后续发展做了一些积累，文章最后对毫米波三通道接收组件的发展做了展望，为后续技术创新谋划了新的思路和方向。
Ka波段硅基MEMS滤波器
ｆｌ ｒｉ ０ ３Ｇ Ｈｚ ｈ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌ Ｓ Ｓ １ ５ ｄ ｉ ｅ Ｓ３ ． ｔ ；ｔ ｅ ｉｓ ｒｉ Ｏ Ｓ ｉ ． Ｂ；ａ ｄ ｔ ｅｂ ｎ ｄｈ ｉ ５ ． Ｔｈ ｉａ ｉｅｏ ｈ ｈｐ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｄ ｗｉｔ Ｓ ｅｆｎ ｌｓｚ ｆｔ ｅ ｃ ｉ Ｓ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｆｉ ｅ Ｓａｋ ｎ ｆ ｍ ｐ ｒａ ｔ ｏ ｐ ｎ ｎ ｉｒ ｗａ ｅａ ｄｍｉ ｉ ｔｒｗａ ｅｃｒ ｕｔ ｎ ｙ ｔｍ ｓ Ａ ｓｒ ｃ ： ｌ ｒｉ ｉｄ ｏ ｔ ｉ ｏ ｔｎ ｍ ｏ ｅ ｔ ｎｍ ｃｏ ｖ ｎ ｌ ｍｅ ｅ ｖ ｉｃ ｉｓａ ｄ ｓ ｓ ｅ ｃ ｉ ｌ
Ｓ Ｗ ｉ ｅ ｈ ｗ ｉｈ Ｑ ｆ１ ０ ａ ｄ ａｓ ｌ ｅ ｒ ｒｏ ｏ ｈ ｅ ｏ ａｉｇ ｆｅ ｕ ｎ ｙ Ｉ ｆｌ ｒｓ ｏ ａ ｈｇ ｏ ｎ ｍａ ｌ ｒｏ ｆ２ ｔ ８ ｆ ｅｒｓ ｎ ｔｎ ｒｑ ｅ ｃ ．Ｔｏ ｄ ｓｇ ａ ｄ ｔ ｅ ｉｎ ａＫａ ｂ ｎ
．
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Ka波段脊波导到微带过渡器的设计
图 1 单脊波导的几何参数 其中，x=d /b，Cd 为脊波导中的 不均匀电容。而 a、b、s、d 为脊波导的几 何参数，参见图 1。ε为波导中的介质的介 电常数。 当脊波导工作在单模 TE10 模时，可 按电压、电流定义特性阻抗，脊中心的电 压 U = E 0 d ，电流为波导底面的纵向电 流。忽略高次模影响，由金属波导的边界 条件。通过求解麦克斯韦方程，得到场分 布，从而得到特性阻抗，结果为：
参考文献 ［１］ Ｈｕｉ－ｗｅｎ Ｙａｏ， Ａｍｒ， Ｊ－Ｆｕｈ Ｌｉａｎｇ， “Ａ Ｆｕｌｌ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ－ｔｏ－ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，” ＩＥＥＥ ＭＴＴ－Ｓ， Ｖｏｌ．１， ｐｐ． ２１３－２１６， Ｍａｙ １９９４． ［２］ ｖａｎ Ｈｅｕｖｅｎ， Ｊ．Ｈ．Ｃ， “Ａ Ｎｅｗ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ， Ｖｏｌ．２４， ｐｐ． １４４－１４７， Ｍａｒ １９７６． ［３］ Ｙｉ－Ｃｈｉ Ｓｈｉｈ， Ｔｈｕｙ－Ｎｈｕｎｇ Ｔｏｎ， ａｎｄ Ｌｏｎｇ Ｑ． Ｂｕｉ， “Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ｔｏ－ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，” ＩＥＥＥ ＭＴＴ－Ｓ， Ｖｏｌ． １， ｐｐ． ４７３－４７５， Ｍａｙ １９８８． ［４］ Ｙｏｋｅ－Ｃｈｏｙ Ｌｅｏｎｇ， Ｓａｎｄｅｒ Ｗｅｉｎｒｅｂ， “Ｆｕｌｌ Ｂａｎｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ｔｏ－ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｐｒｏｂｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ，” ＩＥＥＥ ＭＴＴ－Ｓ， Ｖｏｌ．４， ｐｐ． １４３５－１４３８， Ｊｕｎｅ １９９９． ［５］ Ｓ．Ｌｌｏｒｅｎｔｅ－Ｒｏｍａｎｏ， Ｂ．Ｐ．Ｄｏｒｔａ－Ｎａｒａｎｊｏ， Ｆ． ｐｅｒｅｚ－Ｍａｒｔｉｎｅｚ， Ｍ．Ｓａｌａｚａｒ－Ｐａｌｍａ， “Ｋａ－ｂａｎｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－ｔｏ－ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，” ＩＥＥＥ， Ｖｏｌ．３， ｐｐ． ４０４－４０７， Ｊｕｎｅ ２００２ ［６］ Ｈｏｐｆｅｒ Ｓ． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｒｉｄｇｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ． ＩＲＥ Ｔｒａｎｓｓｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ＭＴＴ １９９５，Ｏｃｔｏｂｅｒ，２０． ［７］吴万春，甘本拔．现代滤波器的结构与 设计［Ｊ］． 北京：科学出版社． １ ９ ７ ４ ． 作者简介 张洪林（1 9 8 2 - ）， 男 ， 硕 士 生 ， 专 业 方向：电子与通信工程。
2_4GHz波段微带发夹型带通滤波器设计与馈电研究_夏祖学
基于 ADS 软件进行原理图、版图仿真。直接馈 电优化后的版图如图 3 所示，实物图如图 4 所示。
均匀阻抗直接馈电的发卡滤波器的实测结果和
第4 期
Abstract： The fundmental of hairpin microstrip bandpass filter was introduced in this paper，then the microstrip bandpass filter had been designed by ADS． The simulated and measured results have a good agreement，the bandpass filter’s center frequency is 2． 4 GHz，relative bandwidth is greater than 5 percent，it is suitable for short distance wireless communication frequency band． Besides，the effects of three kinds of forms of the microstrip hairpin type bandpass filter’s direct feeding have been researched mainly on the simulation results of S parameters，the three kind of bandpass filters of uniform impedance feed， high － and low － impedance feed，impedance gradient feed are designed and simulated，which all meet the design requirement． Among all of these，the simulated results of high － and low － impedance feed， impedance gradient feed are the same，is slightly better than the uniform impedance feed． Generally speaking，the fabricated microstrip hairpin bandpass filter is also simple in design and compact in structure，has lower insertion，so it has higher practical value，and the design of the feed structures has certain engineering significance． Key words： Hairpin microstrip bandpass filter； Direct feeding； Coupling coefficient
微型化Ka波段环形带线谐振腔LTCC带通滤波器
射频与微波微型化Ka 波段环形带线谐振腔LTCC 带通滤波器张祥军1 滕道祥2 袁 云1(1中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏,徐州,221016)(2徐州工程学院,江苏,徐州,221008)2010-07-20收稿,2010-09-28收改稿摘要:提出了一种微型化K a 频段带线带通滤波器设计方案。
采用带有调谐枝节的环形谐振腔和带线耦合结构,利用低温共烧陶瓷(L T CC )技术设计并研制了一个相对带宽约10.4%的K a 频段带通滤波器,典型性能为在中心频率26.99GHz 处插入损耗小于1.3dB,带内驻波比小于1.20:1,损耗起伏小于0.30dB,滤波器的尺寸为4.5mm ×2.8mm ×0.6mm,测试结果与全波分析数据基本一致,说明方案有效。
本滤波器可以用在毫米波通讯系统中。
关键词:Ka 频段;调谐枝节;环形谐振腔;低温共烧陶瓷滤波器中图分类号:T N 713 文献标识码:A 文章编号:1000-3819(2011)02-0155-04Miniaturization of Ka -band LTCC Bandpass Filters UsingStripline Ring ResonatorZHANG Xiang jun 1 TENG Daox iang 2 YU AN Yun 1(1D ep ar tment of I nf or mation and Electr ic Engineer ing ,China Univ er sity of M ining and T echnology ,X uz hou ,J iang su ,221016,CH N )(2X uz hou I nstitute of T echnology ,X uz hou ,J iangsu ,221008,CH N )Abstract :A kind o f com pact band-pass filter s in Ka-band was presented.T he ring mi-cro strip resonator w ith tuning stub and microstrip co upling structure ar e ex plo ited .A Ka -bandfilter w ith 10.4%relative bandw idth w as desig ned and realized using LTCC technolo gy .The ty p-ical performances are that the insertion loss at center fr equency is less than 1.3dB at 26.99GH z.VS WR is less than 1.20:1and loss variation is less than 0.30dB in passband.The size o f the filter is 4.5mm ×2.8mm ×0.6m m .T he measured results keep fair y goo d agreement w ith the full-w ave simulated data.It show s that this metho d is valid and the filter can be used in millime-ter com munication system s.Key words :Ka band ;tuning stub ;ring resonator ;LTCC filter EEACC :1270引 言随着微波、毫米波系统小型化的要求,不同的封装工艺诸如多层陶瓷、厚膜工艺近年来得到广泛的关注。
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Ka波段微带带通滤波器研究
杨健樊勇张显静
电子科技大学电子工程学院成都 610054
摘要：本文利用ADS仿真软件，在微带软基片上，采用微带平行耦合的电路结构，在Ka波段35GHz频率上，优化设计了毫米波带通滤波器，得到了比较理想的实验结果：中心频率为35.05GHz，1dB带宽为2.1GHz，插入损耗为2dB。
关键词：微带，带通滤波器。
Design A Band-Pass Filter In Ka-Band
Jian-Yang Yong- Fan Xianjing- Zhang
School of Electronic Engineering, UESTC, ChengDu 610054
Abstract: In this paper , by using the ADS(Advanced Design System 2003A) ,a millimeter wave Band-Pass Filter (BPF) was proposed on the soft substrate of microstrip at 35 GHz in Ka-band which based on the parallel-coupling of the microstrip circuits, and we got the following performance: the center frequency was 35.05GHz, 1dB bandwidth was 2.1GHz, insertion loss was 2dB.
Key words: microstrip, Band-Pass Filter (BPF).
一、引言
现代通信技术的发展，雷达和空间电子技术也得到迅速发展．对设备的体积、质量与可靠性都提出了更高的要求。
虽然与波导结构的滤波器相比，微带平行耦合线带通滤波器有较大的损耗，特别是到了高频段，但在某些场合(如星载小功率本振信号的杂波与谐波抑制等)，差损不是最关键指标，而必须综合考虑电性能、结构、体积、质量、可靠性等多种因素。
精确设计的微带平行耦合线带通滤波器是一种值得优先选取的滤波器。
本文为了减小滤波器耦合支节中的阶梯突变带来的损耗，从而影响滤波器的性能，对滤波器的耦合支节微带线的宽度合理限制，再利用ADS的优化功能，对其耦合支节的长度、宽度和缝隙合理优化，根据优化结果加工了一个带通滤波器并进行了试验测试，得到了比较理想的效果，在34GHz～36.1GHz，插入损耗为2dB，通带内比较平坦。
二、拓扑与优化
本文所介绍的滤波器是一种窄带的带通滤波器，利用微带电路的平行耦合方式实现，为了使通带平坦和带外有较大损耗，本文采用5个耦合支节的平行耦合带通滤波器形式[2]，其拓扑如图1。
２１０
VAR VAR1
W3=0.509371 opt{ 0.3 to 0.77 }Eqn
Var Term Term2Z=50 Ohm
Num=2W2=W1 mm
W1=W3 mm
图1 拓扑结构
由拓扑可以明显看出，此种滤波器采用了5个平行耦合支节，因此设计时结合ADS 的优化功能来优化每个支节的长度、耦合的缝隙和耦合支节种每个微带线的宽度来达到优化目标。
优化目标如下：
通带范围：34.5GHz －36.5GHz 带外损耗：33GHz 、38GHz <-30dB
21S 31GHz 、40GHz <-50dB
21S 通过ADS 的多次优化，得到的优化曲线如图2。
优化结果：
34.5-36.5GHz IL>-0.674dB
33GHz 、38GHz <-35dB 21S 31GHz 、40GHz <-55dB 21S 带内带外均已达到优化目标。
freq, GHz
d
B (S (2,1))
图2 优化结果 ２１１
三、试验结果
根据以上优化结果，我们用RT/DUROID 5880的介质基片制作了该带通滤波器，如图3，利用Agilent 8757D Scalar Network Analyzer得到如图4所示的测试曲线（该曲线包括波导与微带间两端过渡在内）。
从曲线可知：中心频率下移到35.05GHz左右，带内波动不大。
具体结果如下：中心频率在35.05GHz，1dB通带宽度：2.1GHz，带内最大损耗：4.4dB，带内最小损耗：2dB，3dB通带宽度：2.5GHz，带内最大损耗：5dB，带内最小损耗：2dB。
图3 滤波器基片图
图4 实测结果
四、结束语
本文通过对滤波器耦合支节微带线宽度的合理限制，减少了阶梯突变带来的损耗，提高了滤波器的性能，得到了比较好的结果，通过本文的设计实例，我们相信微带集成带通滤波器可以得到较好性能，得到广泛应用。
五、参考文献
1．COHN B，Parralle1—Coupled Transmission—Line—Resonator Filters，IRE rans,on MTT,V,MTT—6，No、2，l958
Hammersadt E O.et a1,Microstrsp Handbook，ELAB RePort STF 447 419,N7034,University of Trondheim—NTH,Norway,1975．
2.《现代微波滤波器的结构与设计》甘本袚吴万春科学出版社
3．《微带电路》清华大学《微带电路》编写组人民邮电出版社
２１２。