实验四_微波射频带通滤波器设计
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。
实验四微带线带通滤波器设计
实验四微带线带通滤波器设计实验四：基于ADS软件的平⾏耦合微带线带通滤波器的设计与仿真⼀、实验原理滤波器是⽤来分离不同频率信号的⼀种器件，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，微带电路具有体积⼩，重量轻、频带宽等诸多优点，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。
平⾏耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被⼴为应⽤的带通滤波器。
1、滤波器的介绍滤波波器可以分为四种：低通滤波器和⾼通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
射频滤波器⼜可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。
滤波的性能指标：频率围：滤波器通过或截断信号的频率界限通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起阻带衰减：取通带外与截⽌频率为⼀定⽐值的某频率的衰减值寄⽣通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带外⼜产⽣新的通带2、平⾏耦合微带线滤波器的理论当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平⾏耦合微带传输线由两个⽆屏蔽的平⾏微带传输线紧靠在⼀起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作⽤，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。
平⾏耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之⼀波长耦合线段构成，她是⼀种常⽤的分布参数带通滤波器。
当两个⽆屏蔽的传输线紧靠⼀起时，由于传输线之间电磁场的相互作⽤，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。
根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为⼩段串联电感和⼩段并联电容。
每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。
单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。
如果将多个单元级联，级联后的⽹络可以具有良好的滤波特性。
⼆、耦合微带线滤波器的设计的流程1、确定滤波器指标2、计算查表确定滤波器级数N3、确定标准滤波器参数4、计算传输线奇偶模特性阻抗5、计算微带线尺⼨6、仿真7、优化再仿真得到波形图设计参数要求：（1）中⼼频率：2.4GHz；（2）相对带宽：9%；（3）带波纹：<0.5dB；（4）在频率1.9GHz和2.9GHz处，衰减>20dB；（5）输⼊输出阻抗：50Ω。
微波带通滤波器设计论文,毕业设计
成都信息工程学院毕业设计（论文）题目：微波带通滤波器设计专业：通信工程班级：B02621姓名：何双良学号：13指导老师：蒋正萍巫从平二零零六年六月十日毕业设计（论文）专业通信工程班次 B02621姓名何双良指导老师蒋正萍巫从平电子机械高等专科学校二零零六年六月微波带通滤波器设计何双良成都信息工程学院[摘要]本文对微波理论及微波滤波器作了详细的介绍。
其中有微波技术的发展以及滤波器的分类、特点和应用。
平行耦合线微波带通滤波器设计方法和参数计算，并对计算结果进行仿真验证。
经过仿真符合设计要求，表明此设计方案正确。
关键词：微波带通滤波器平行耦合微带线频率变换 ADS软件仿真Microwave tape the clear design of wave filterShuangliang HeChengdu university of information technology[Abstract] This paper for microwave theoretical and microwave wave filter have made detailed introduction. In which, there are the development of microwave technology as well as the classfication of wave filter , characteristic and application. Parallel couple line microwave tape the clear design method and parameter calculation of wave filter, and verify as calculating result to carry out emulation. Through emulating , accord with design requirement, it is correct to show this design scheme.Keyword : Microwave tape clear wave filter Parallel couple microstrip line Frequency is alternated ADS Emulate前言当今信息社会的发展依赖于通信技术的发展，而基于多媒体的全球个人通信系统中的无线通信将得到更大的发展。
AWR射频微波电路设计与仿真教程实验报告
AWR射频微波电路设计与仿真教程课程实验报告实验名称DBR带通滤波器、功率分配器与耦合器设计i、功率分配器设计一、实验目的设计一个2路等分功率分配器，采用微带电路结构。
输入端特性阻抗Z＝50Ω，工作频率f0＝3GHz，要求S11、S23＜-30dB:基板参数εr＝9.8，H＝1000um，T＝18um。
基本内容:测量特性指标S11、S21、S23(单位dB)与频率(0.5f0～1.5f0)的关系曲线。
调节微带线的尺寸，使功分器的性能达到最佳。
进阶内容:进行版图设计，包括元件封装、布线调节，尤其是 MTRACE2元件的布线扩展内容:利用自动电路提取(ACE)技术，提取电磁模型，进一步缩小版图尺寸。
二、实验仪器硬件：PC；软件：AWR Design Environment 10三、实验步骤⑴初始参数计算根据设计要求，在应用软件进行仿真设计之前，首先需要确定功率分配器的结构，进行电路初值计算。
一个2路等分功率分配器的结构如图4-6所示。
图中，Z0＝5092，Za、2o的长度均为o4。
其他参数计算:Zo＝Z，Zo＝Zos＝V2Zo，Za＝Zas＝Z，R＝2Z0将计算结果填入表4-1。
⑵电路图仿真与分析1、创建新工程（命名为Ex4.emp）2、设置单位（GHz、Ohm、um）3、设置工程频率（单位GHz，start为1.5，stop为4.5，step为0.01）4、创建原理图5、版图细调检查MTRACE2元件，对该元件进行布线操作，微调之后得到结果如下：6、版图对比分析得到MTRACE2 X1元件参数值为：DB { 2800,1807.134,2412 }umRB { 270,180,270 }W 406L 10004.739BType 2M 0.6对比图表如下：将布线向左侧版图靠拢，会得到不一样的仿真结果。
⑷电磁提取分析一、A CE分析1、添加提取器（STACKUP元件、EXTRACT模块）2、选择提取原件3、提取4、提取出的电磁结构如下图：进行电磁电路联合仿真，得到如下图所示：5、版图小型化调整结果如下：2D结构：6、提取三维电磁电路模型如下：6、进一步压缩版图尺寸得到的模型和分析结果如下：二、A XIEM分析AXIEM分析过程与ACE相似，只是将Simulator项改成AXIEM，不再赘述。
微波与射频-LC滤波器
LC滤波器仿真实验
(一)实验目的
了解LC低通滤波器的设计方法及原理
(二)实验步骤
1.建工程，创原理图，绘制LC原理图，并设置好相关的电路参数以及工作频
率，进行仿真，画出S21图。
2.通过修改C1和C2的值，得到理想的S21图，再把调谐好的值更新到原理图。
3.设置相关参数，得到刷新后的巴特沃兹响应曲线，查看滤波器的参数，并在
原理图窗口显示出来。
4.得到滤波器子电路，进行滤波器仿真。
5.进行Kuroda转换，得到新的滤波器子电路。
6.再次对原理图进行优化仿真，得到新的S21图，在数据显示窗口添加S21参
数观察。
(三)实验结果
1、调整后的原理图
2、仿真所的S21图
从图中可以看出滤波器在8GHz处的插入损耗S21为18.596dB,大于15dB，满足设计要求。
滤波器设计
1、滤波器仿真
2、在原理图中仿真插入损耗S21、回波损耗S11
观察得之滤波器在4.000GHz处插入损耗为1.369dB，在8GHz处插入损耗为68.878dB，大于15dB，回波损耗为5.680dB，基本满足设计要求。
（四）总结与体会
滤波器的设计让自己可以很好地结合其他课中的滤波器设计，相互结合和借鉴，提高实验效果。
射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告(模板)
射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告射频微波电路综合课程设计带通滤波器实验报告篇一：射频电路课程设计摘要滤波电路的综合设计是相当复杂的，需要好多理论知识和数学知识做铺垫，我们知道用于无线的模拟电路是在吉赫兹频段，高性能计算机、工作站，当然还有作为这方面例子的个人计算机，他们所使用电路的时钟频率不断的增加。
全球定位系统载波频率在122 7.60m hz~1575.42mh z范围，而此次课程设计主要向大家介绍最大平滑巴特沃兹微波电路和等波纹契比学夫微波电路设计方法。
当微波电路工作在射频的低端频段，可以使用集总参数的元件进行设计，利用集总参数的电感和电容，按照一定的设计规则选取合适的电路和元件的参数，就可以实现归一化低通滤波电路的设计。
然后通过利用频率变换就可以低通微波电路、高通微波电路、带通微波电路和带阻微波电路的设计。
关键字：滤波电路平滑巴特沃兹微波电路等波纹契比学夫微波电路一引言通过对射频设计电路的学习，我们知道无线通信的快速发展，更紧凑的滤波器和混频器电路正在被设计和使用。
通常这些电路的工作频率高于1Ghz。
毫无疑问这种趋势将会继续下去，因此不仅要有独特性能的技术装置，而且要学会对高频电路中遇到的问题进行分析，我们知道随着频率的升高以及其相应的电磁波的波长变得可与分立电路元件的尺寸相比拟时，电阻、电容和电感这些元件的电响应就开始偏离他们的理想频率特性，下面将简单的向大家介绍一下本次滤波电路的设计方法，以及如何对其进行归一化。
射频微波滤波器的设计仿真与测试
射频微波滤波器的设计仿真与测试一、实验目的1.掌握低通原型滤波器的结构2.掌握最平坦和等波纹型低通滤波器原型频率响应特性3.了解频率变换法设计滤波器的原理及设计步骤4.了解利用微带线设计低通、带通滤波器的原理方法5.掌握用ADS 进行微波滤波器优化仿真的方法与步骤。
二、实验原理2.1．滤波器的技术指标中心频率，通带最大衰减，阻带最小衰减，通带带宽，插入损耗，群时延，带内纹波，回波损耗，驻波比2.2 插入衰减法设计滤波器通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性： 插损法是一种系统的综合方法，可高度地控制整个通带和阻带内的幅度和相位特性，可以计算出满足应用需求的最好响应。
如要求插损小，可用二项式响应；而切比雪夫响应能满足锐截止的需要；若可牺牲衰减率的话，则能用线性相位滤波器设计法获得好的相位响应。
插损法使滤波器性能提高的最为直接的方法便是增加滤波器的阶数，滤波器的阶数等于元件的个数。
2.3 集总元件低通滤波器原型最平坦响应滤波器设计dB P P L Lin A lg 102.4 滤波器的实现--频率变换变换后在对应频率点上衰减量不变，须对应的元件值在两种频率下的具有相同的阻抗2.5 滤波器的设计步骤（1）由衰减特性综合出低通原型（2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型（3）计算滤波器电路元件值(集总元件)（4）微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真软件进行优化仿真三．练习题对下面结构的微带支节低通滤波器的两种设计进行原理图和版图仿真，并分析其特性。
原理图：仿真结果：版图仿真结果：实验结果分析：结果基本上达到要求。
带宽2.35GHZ-2.55GHZ，袋内衰减在3dB以内，2.3GHZ一下以及在2.75GHZ以上衰减达到大于40dB，端口反射系数较小。
四．滤波器的测量--AV36580A矢量网络分析仪。
射频实验四实验报告
实验四射频微波滤波器的设计仿真与测试一、实验目的1.掌握低通原型滤波器的结构；2.掌握最平坦和等波纹型低通滤波器原型频率响应特性；3.了解频率变换法设计滤波器的原理及设计步骤；4.了解利用微带线设计低通、带通滤波器的原理方法；5.掌握用ADS进行微波滤波器优化仿真的方法与步骤。
二、滤波器原理2.1滤波器的技术指标滤波器的技术指标有：中心频率，通带最大衰减，阻带最小衰减，通带带宽，插入损耗、群时延，带内纹波，回波损耗、驻波比。
2.2插入衰减法设计滤波器插损法是一种系统的综合方法，可高度地控制整个通带和阻带内的幅度和相位特性，可以计算出满足应用需求的最好响应。
如要求插损小，可用二项式响应；而切比雪夫响应能满足锐截止的需要；若可牺牲衰减率的话，则能用线性相位滤波器设计法获得好的相位响应。
插损法使滤波器性能提高的最为直接的方法便是增加滤波器的阶数，滤波器的阶数等于元件的个数。
2.3集总元件低通滤波器原型最平坦响应滤波器设计切比雪夫滤波器设计 :2.4滤波器的设计步骤（1）由衰减特性综合出低通原型；（2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型；（3）计算滤波器电路元件值(集总元件)；（4）微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真软件进行优化仿真。
三、集总参数滤波器3.1 设计一LC切比雪夫型低通滤波器，截止频率为75MHz，通带内衰减为3dB，波纹为1dB，频率大于100 MHz，衰减大于20 dB，Z0=50Ω。
原理图：仿真波形：四、微波滤波器的实现微波频率下的集总元件滤波器会出现两个问题：第一，集总元件如电感或电容仅有有限值可供选择，且在微波频率下会存在不可避免的寄生频率效应；第二，滤波器中各元件间的距离不可忽略。
4.1 设计最平坦响应低通滤波器，通带内波纹系数小于2，截至频率4GHz，8GHz 处插入损耗必须大于15dB，阻抗50 。
原理图：由于电路工作频率高，不宜采用集总元件，需转换为分布参数元件。
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(a)
(b)
高 、 低阻抗线低通滤波器
0
S21
－5
S11
I/LdB
11.04
4.0
单位：mm
5.78
（2）计算相关参数
f0 f1f27.48， 3FBW f2f11M 0 Hz
s1ffX 02LfXL F1B W 3.33， 3s2fXU ffX 02LF1B W 2.778
s MI(NX1,X2)2.778
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（3） 计算元件节数n
co1sh 1L 0 A/s10 1/1L 0 A/r10 1
0
g
为电导
0
低通变换：
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11
高通变换：
带通变换：
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12
带阻变换：
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13
二、集总参数滤波器
例：设计一个L-C切比雪夫型低通滤波器,截止频率为75 MHz,衰减为3 dB,波纹为 1dB, 频率大于100 MHz,衰减大 于20 dB，Z0=50Ω。
（1） 确定指标: 特性阻抗Z0=50Ω, 截止频率fc=75MHz, 阻带边频 fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。
（2） 计算元件级数n：
co1sh 1L 0 A/s10 1/1L 0 A/r10 1
n
co1s h s
n取最接近的整数,则n=5
实验四 射频滤波器设计、 仿真、制作与测试
一、滤波器原理
1.1 滤波器的概念
P in
~
O
f
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ滤 波 器
P L
ZL
O
f0
f
如图所示的双端口网络, 设从一个端口输入一具有均匀功率谱的信 号,信号通过网络后,在另一端口的负载上吸收的功率谱不再是均匀的, 也就是说,网络具有频率选择性,这便是一个滤波器。
通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性：
-10
-20
-30
m1
-40
-50
m2
m2 freq=90.00MHz dB(S(2,1))=-30.951
-60
50
60
70
80
90
100
freq, MHz
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21
三、分布参数滤波器
0
9.81
7.11
单位：mm
S21
－5
S11
IL/dB
4.0
1
2
－10
0.2
－15 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 f / MHz
（3）查表求原型元件值gi,
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（4）计算实际元件值
低通变换：
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15
（5）画出电路结构，进行电路仿真
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16
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dB(S(2,1)) dB(S(1,1))
m1
m3
freq=23.00MHz freq=75.00MHz
dB(S(2,1))=-0.998 dB(S(2,1))=-3.214
m1
m3
0
m2
freq=100.0MHz
-20
m2 dB(S(2,1))=-24.990
-40
-60
-80 0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
freq, MHz
17
例2：设计一个L-C切比雪夫型带通滤波器,中心频率为75 MHz, 3dB带宽为 10MHz, 波纹为1dB, 工作频带外75±15MHz的衰减大于30dB, Z0=50Ω。
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5
1.3 滤波器的设计的经典方法
低通原型综合法步骤：
（1）由衰减特性综合出低通原型 （2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类 型 （3）计算滤波器电路元件值 （4）微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真 软件进行优化仿真。
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6
1.4 滤波器的低通原型
滤波器低通原型为电感电容网络, 其中元件数和元件值只与通带结 束频率、 衰减和阻带起始频率、 衰减有关。设计中都采用表格而不 用繁杂的计算公式。
巴特沃士、 切比雪夫的低通原型电路结构
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7
1. 巴特沃士：已知带边衰减为3dB处的归一化频率Ωc=1、截止衰减LAs 和归一化截止频率Ωs,则元件数n由下式给出,元件值由下表给出。
nlg1( 00.1LAS1) 2lgs
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2. 切比雪夫，已知带内衰减与波纹指标LAr、归一化频率Ωc=1、截止衰 减LAs和归一化截止频率Ωs,则元件数n由下式给出,元件值由下表给出。
n
co1s h s
（4） 查表得原型元件值gi
n取整数3
（5） 带通变换
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（6） 画出电路，进行仿真
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20
dB(S(2,1)) dB(S(1,1))
m1 freq=60.00MHz dB(S(2,1))=-34.698
0
m3
freq=75.00MHz m3 dB(S(2,1))=-0.012
（3） 带内纹波：插入损耗的波动范围
（4） 带外抑制:规定滤波器在什么频率上会阻断信号,是滤 波器特性的矩形度的一种描述方式。也可用带外滚降来描 述,就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。 （5）承受功率：在大功率发射机末端使用的滤波器要按大 功率设计,元件体积要大,否则,会击穿打火,发射功率急剧下 降。
LA
10lg
Pin PL
dB
Pin和PL分别为输出端接匹配 负载时的滤波器输入功率和 负载吸收功率。
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2
低通
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带阻
带通
高通
3
三种滤波器函数
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4
1.2 滤波器的技术指标
（1）工作频率：滤波器的工作频率范围
（2） 插入损耗：由于滤波器的介入,在系统内引入的损耗
co1sh 1L 0 A/s10 1/1L 0 A/r10 1
n
co1s h s
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9
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10
1.5 滤波器的四种频率变换
由低通原型滤波器经过频率变换,就可得到低通、 高通、带通、 带阻四种实用滤波器。定义阻抗因子为
Z0
g 0
g
0
, ,
Y0
g
为电阻
（1） 确定指标: 特性阻抗Z0=50Ω, 截止频率fc=75MHz, 阻带边频 fs=100MHz,通带最大衰减LAr=3dB,阻带最小衰减LAs=20dB。
特性阻抗： 上通带边频： 下通带边频： 上阻带边频： 下阻带边频： 通带内最大衰减： 阻带最小衰减 ：
Z0=50Ω f1=75+5=80 MHz f2=75-5=70 MHz f=75+15=90 MHz f=75-15=60MHz LAr=3dB LAs=30dB