SIR广义切比雪夫同轴腔体滤波器仿真设计
基于SIR的双频带通滤波器的设计与仿真毕业设计
基于SIR的双频带通滤波器的设计与仿真摘要随着无线通信的迅猛发展与需求的不断增加，双频便携式和无线局域网被广泛应用，双频段滤波器也就成为这些通信系统前端的重要器件。
本论文所研究的利用阶梯阻抗谐振器实现双频滤波的方法，与传统的滤波器组合、零极点综合等方法相比，具有结构紧凑、设计灵活等优势，由此设计的双频滤波器其第二通带的频点位置可通过阻抗比Rz与谐振器的长度进行调节。
文中介绍并分析了阶梯阻抗谐振器(Stepped．Impedance．Resonators，SIR)的结构和特性，着重阐述了半波长阶梯阻抗谐振器的基本特性，并分析了这种结构谐振器的优越性与其实现双频的原理。
在此基础上采用半波长SIR谐振器设计了应用于WLAN(无线局域网IEEE.802.1la/b/g)系统的带宽可控的双频段带通滤波器。
关键词双频带通滤波器，阶梯阻抗谐振器，阻抗比Design of Dual-Band Bandpass Filter Using SIRAbstract With the high development and the need of wireless communications, and the dual-band portable telephones and WLAN(wireless local area network)are quite popular, and the dual-band filters become the key components in the front of these communicationssystems. Using the method of Stepped-Impedance-Resonator to realize dual-passband filters is researched in this dissertation, comparing to the traditional methods that combination filters, he synthesis of zeros and poles and so on, they have advantages of compact structure and convenient design, and the second resonant frequency of the designed dual-band filter can be controlled by the impedance ratio Rz and the length of the resonator. The structure and characteristic of Stepped--Impedance--Resonators are presented in this paper,with an emphasis on the half-wavelength Stepped-Impedance-Resonators, the advantages of the SIR and the principle to realize dual-band are researched too. And four dual-passband filters with controllable bandwidths ale proposed for WLAN(IEEE.802.1la/b/g) using half-wavelength resonators.Key words Dual-band filter, SIR, impedanceratio毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。
切比雪夫带通滤波器的设计
切比雪夫带通滤波器的设计首先，确定滤波器的阶数。
滤波器的阶数决定了它的频率响应的陡峭程度。
一般来说，阶数越高，滤波器的陡峭程度越高，但计算复杂度也会变得更高。
在确定阶数时，需要考虑滤波器的设计要求和实际应用情况。
例如，如果要求滤波器的截止频率附近有较小的衰减，可以选择一个较高的阶数。
接下来，设计各个极点的位置。
切比雪夫带通滤波器的极点位置是通过在复平面上放置极点，并选择最佳的位置来实现所需的频率响应的。
极点的位置与滤波器的阶数和截止频率有关。
一般来说，极点应该分布在一个叫做单位圆的圆周上。
为了设计切比雪夫带通滤波器，需要采用以下步骤：1.确定滤波器的截止频率范围。
这个范围决定了希望保留的频率段。
2.根据所需的截止频率计算正规化的截止频率。
正规化的截止频率是指将实际的截止频率与采样频率归一化为单位圆的截止频率。
3.选择滤波器的阶数。
一般来说，选择较低的阶数可以实现较为平滑的频率响应，而选择较高的阶数可以实现更陡峭的截止频率。
4.使用切比雪夫滤波器的设计公式计算极点的位置。
具体的公式可以参考相关文献或使用专门的软件工具进行计算。
5. 根据计算得到的极点位置，可以进一步验证滤波器的频率响应是否符合设计要求。
可以使用工具如Matlab来绘制滤波器的幅频响应和相频响应。
6.根据设计结果，可以进一步调整滤波器的参数以满足具体应用的要求。
例如，可以调整滤波器的截止频率或增加滤波器的阶数来改变滤波器的性能。
总之，切比雪夫带通滤波器的设计需要确定滤波器的阶数和设计各个极点的位置。
通过合理选择滤波器的参数，可以实现所需的频率响应，并满足特定应用的要求。
设计一个高性能的切比雪夫带通滤波器需要对滤波器的理论和计算方法有一定的了解，并结合实际应用情况进行调整和优化。
切比雪夫滤波器设计和仿真-推荐下载
切比雪夫滤波器设计和仿真摘要：滤波器是一种常见的电路形式，在电子线路中有广泛的应用。
滤波器的设计在这些领域中是必不可缺的。
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置。
按照不同的频域或时域特性要求，可分巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫型（Chebyshev）、贝塞尔型（Bessel)椭圆型（Elliptic），这些都是属于模拟低通滤波器。
切比雪夫型滤波器的特点是通带内增益有起伏。
本文介绍的是借助Multisim 10仿真实现二阶切比雪夫低通有源滤波器的设计。
关键词：滤波器；频域或时域特性；切比雪夫；Multisim10Chebyshev LPF's design and emulation Abstrac：Filter would completely eliminate signals above the cutoff frequency, and perfectly pass signals below the cutoff frequency . In real filters, various rade-offs are made to get optimum performance for a given application. There are manybooks that provide information on popular filter types like the Butterworth, Bessel, and Chebyshev filters, just to name few. Chebyshev filters are designed to have ripple in the pass-band, but steeper roll off after the cutoff frequency. Cutoff frequency is defined as the frequency at which the response falls below the ripple band. For a given filter order, a steeper cutoff can be achieved by allowing more pass-band ripple. The transient response of a Chebyshev filter to a pulse input shows more overshoot and ringing than a Butterworth filter.Key Words:Filter；popular filter types；Chebyshev function；Multisim 10引言随着现代科学技术的发展，滤波技术在通信、测试、信号处理、数据采集和实时控制等领域都得到了广泛的应用。
现代滤波器设计讲座(2_1广义切比雪夫滤波器的电路仿真)
jJ12
G2
j(
2
2 )
jJ23
jJ13
jJ23
v1 v2
is
0
GL G3
j(
3
3
)
v3
0
或
[Y ][v] [i]
p
[Y
]
0
0 p
0
0
Gs j 0
g1
0 g2
0 0
t11 t21
t12 t22
t13
t23
0 0 p
0
0
GL
g3
t31
+A
I_4 R=1/Qu L=L4 C=C4
E
0
Z=m01*Sqrt(bw f)
E=90deg
F=F
E
Z=m12*bw f E=90deg F=F
E
Z=m23*bw f E=90deg F=F
E
Z=m34*bw f E=90deg F=F
E
Z=m01*Sqrt(bw f)
0
E=90deg
F=F
计算结果
L
m( n 1)( n 1) mn ( n 1)
m1n
m2n
L
m(
n 1) n
mnn
低通原型和带通滤波器之间的变换
低通到带通的频率变换式为：
其中，
0
1 FBW
0
0
12
FBW 2 1 0
1,2 分别为上下边带频率；0为通带中心频率；FBW
为分数带寛。 是归一化频率。
1; 1
{p[I ] j[R] [M ]}[i] j [e] FBW
RS
r1
同轴腔结构交叉耦合滤波器的设计
同轴腔结构交叉耦合滤波器的设计摘要：现代微波通讯的迅速发展，对通道的选择性要求越来越高，不仅需要滤波器的过渡带尽可能窄，还可能需要产生非对称的频率响应，这就需要高性能的选频器件。
传统滤波器如Butterworth和Chebyshev滤波器只有依靠增加滤波器的阶数才能满足要求，加工出来的滤波器重量和体积都非常大，不适合现代通讯的需求。
椭圆函数滤波器虽然具有很好的选择性，但不能产生非对称的频率响应。
广义Chebyshev函数滤波器能通过引入交叉耦合在有限频率处产生传输零点而不用增加滤波器阶数来提高通道的选择性，并且它的任意零点特性能产生非对称的频率响应，相当于把滤波器的阻带抑制能力都集中在所需要的一侧，从而可以用较少阶数的滤波器来实现很高的选择性，因此与传统滤波器相比，体积小、成本低且通道选择性更好，从而可以减小系统的体积和重量，满足现代通信的需求。
同轴腔滤波器通过在谐振腔之间开窗口或加探针，实现电感或电容耦合，通过改变窗口的位置、大小或者探针的粗细、长短等来控制耦合电感或电容的强弱以实现窄带滤波器；而且很容易实现谐振器之间的交叉耦合，通过控制交叉耦合的数量和强弱得以实现传输零点的位置和数目。
在有电容加载的情况下，同轴腔滤波器具有小型化的优势，并且具有带宽窄、矩形系数高、功率容量高等优点，所以其应用前景非常广泛，是国内外广泛研究的热点。
总之, 同轴腔广义Chebyshev滤波器具有体积小、带宽窄、矩形系数高、功率容量高等优点, 是国内外广泛研究的热点。
本文主要论述运用广义切比雪夫滤波函数综合交叉耦合滤波器，并在HFSS中设计出了带有传输零点的四腔同轴腔滤波器。
交叉耦合滤波器的综合设计从给定的滤波器参数(中心频率，带宽，带内的回波损耗，归一化端口阻抗等)开始，首先得出广义切比雪夫函数滤波器的反射系数和传输系数递推关系式，根据理论响应的表示关系式提取出描述各谐振腔耦合关系的耦合矩阵以及源与负载端的加载Q值;然后利用耦合谐振器电路理论在实际的微波电路结构中实现耦合矩阵中可实现的耦合系数和源与负载端的加载Q值。
切比雪夫滤波器设计
切比雪夫滤波器设计
切比雪夫滤波器是一种经典的数字滤波器，可以有效地抑制信号的高频成分，
而提高信号的低频成分。
它是一种非线性滤波器，它使用一组线性系统来改变输入信号的性质，从而获得输出信号。
切比雪夫滤波器的设计是基于线性规律和数学知识，它可以让我们精确地控制
输入与输出之间的差异，它可以用来处理信号，也可以用来实现数字信号处理中的多种目的。
它可以用来对信号进行模糊，用来抑制扰动，也可以用来增强某些信号，从而实现信号的改善。
在制作切比雪夫滤波器时，需要了解滤波器的系统性指标，这包括输出频率、
增益、波动程度、滞后性等特性。
这些指标都是线性规律，这些规律在数学上都有较为严格的表达。
另外，从频率的受控方面来看，也要特别注意信号的频带范围，因为制作出的滤波器可以控制信号的传播，从而实现想要的输出效果。
此外，如何选择和组合各种组件，如何制造出高质量的切比雪夫滤波器，也是
非常重要的。
从这个角度来看，选择组件类型、数量、尺寸、质量，以及组件与组件之间的相互间隙都很重要。
由于所有的系统性指标均因参数和结构的不同而发生变化，我们应当仔细考虑滤波器的调试和调整，以达到处理信号的理想状态。
总的来说，通过制作切比雪夫滤波器，可以使信号有很好的处理性能。
它可以
进行多功能处理，这是该滤波器强大功能的体现，对信号处理有非常重要的意义。
广义切比雪夫滤波器的标准综合技术
广义切比雪夫滤波器的标准综合技术滤波器的设计方法有很多种，现代滤波器设计多采用网络综合法。
图1给出了网络综合法设计滤波器的流程图，网络综合法以网络的衰减以及相移函数为基础，利用网络综合理论，先求出集总元件低通原型电路（再由频率变换函数，可变换为带通滤波器电路），然后将集总元件原型电路中的各元件用微波结构来实现，本文介绍的是滤波函数选择广义切比雪夫滤波函数的网络综合法。
图1：网络综合法设计滤波器流程图所谓分析（Analysis）就是由具体的电路结构求出其结果的过程，所谓综合（Synthesis）就是由结果反推至电路结构的过程。
工程上滤波器都是要根据客户给的指标来设计的，所谓的指标主要是指衰减指标（Attenuation）。
所以在设计滤波器的过程中，往往需要先根据指标确定结果（通常指的是S参数的模值），然后根据所求得的满足指标的S参数结果确定电路结构，此过程称为滤波器的综合。
对于广义切比雪夫滤波器，其滤波函数使用的是广义切比雪夫滤波函数（Generalized Chebyshev Filtering Function），一般可以通过改变滤波器的阶数N以及传输零点（Transmission Zero，Tz）的位置来使得滤波器的响应满足指标，也就是说广义切比雪夫滤波器的阶数与传输零点确定了，其响应也就确定了。
如何由指标确定阶数与传输零点，现在通常使用手工确定然后在优化调整的方法，工程上一般在客户给出的指标的基础上加5dB的余量，然后通过改变阶数与传输零点的数量和位置来使得滤波器的响应（即S参数）满足加有余量之后的指标，最后再由该响应综合得出微波电路的物理参数。
在滤波器综合的过程中主要分为三步：由指标综合出阶数与传输零点的数量、位置（手工加优化确定, 此时确定的是归一化低通原型频率的传输零点位置）；由阶数与传输零点的数量、位置综合出S参数（特征多项式的综合）；最后由特征多项式综合出耦合矩阵（耦合矩阵的综合）；最后由耦合矩阵综合出具体的滤波器物理参数。
切比雪夫滤波器的设计方法
切比雪夫滤波器的设计方法切比雪夫滤波器（Chebyshev filter）是一种常用的数字滤波器，它在频域上具有截止频率附近最小的过渡带宽。
此类滤波器被广泛应用于信号处理和通信领域中。
设计切比雪夫滤波器的方法有很多，下面将详细介绍常见的两种设计方法。
1.确定滤波器的截止频率和通带衰减首先确定所需滤波器的截止频率和通带衰减要求。
通常，通带衰减是滤波器能够抑制的信号功率的比例。
通常都是以分贝（dB）为单位，常见的衰减要求为20dB或40dB。
2. 将标准Chebyshev滤波器转换为低通滤波器3.设计原型滤波器传输函数对于切比雪夫滤波器，工程师可以根据要求选择一阶、二阶或更高阶的形式。
传输函数的形式取决于所需滤波器的截止频率和通带衰减。
可以使用常见的切比雪夫多项式形式，如Butterworth、Chebyshev和Elliptic型。
4.归一化设计参数归一化是为了方便后续计算和设计，通常包括将截止频率归一化为单位频率和将通带衰减归一化为单位减少。
5.根据设计参数计算阶数和滤波器参数根据归一化设计参数，可以使用公式和表格计算滤波器的阶数和系数。
通常，阶数与滤波器的衰减要求成正比。
6.设计实际滤波器根据计算得到的滤波器阶数和系数，可以设计出实际的滤波器电路。
这可能涉及到计算电阻、电容和电感的值，以满足所需的截止频率和通带衰减。
1.选择适当的阶数切比雪夫滤波器通常有两种类型：I型和II型。
且每种类型都有不同的阶数。
I型切比雪夫滤波器在通带和阻带之间具有等功率振幅特性，阶数越高，通带和阻带之间的过渡带越陡峭。
II型切比雪夫滤波器在通带内具有等功率振幅特性，阶数越高，截止频率附近的干扰越小。
2.计算归一化角频率根据所需的截止频率和通带衰减，可以计算出归一化的截止频率和通带衰减。
3.计算极点的位置通过计算归一化角频率和阶数的函数，可以得到切比雪夫滤波器的极点位置。
极点是滤波器传输函数的根，通常以复数形式表示。
4.找到对应的元件值根据极点的位置，可以计算出理论上的元件值。
基于SIR的同轴腔体带通滤波器设计
同轴谐振腔的 边长. 如果 SIR 总的 电长 度记为
T ( T = 1 + 2 ) , 则阻抗比 Rz 可以表示为:
ln( b )
Rz =
z2 = z1
a2
ln(
b a1
)
( 4)
以 2 = T - 1 代入( 3) 式, 求解:
Rz =
t an 1 ( t an T - tan 1 ) 1+ t an T t an 1
根据设计指标要求采用 Cheby shev 型滤波器 模型, 通过网络综合法得到滤波器的级数 n = 5,
各个谐振腔之间的初始耦合系数 K 值为: K 12 = K 45 = 0. 026 572 7, K 23 = K 34 = 0. 020 248 7, 谐振 腔与源和负载之间的有载品质因数 Qe = 28. 67. 因 为该滤 器的 对称结 构, 所 以 K 12 = K 45 , K 23 = K 34 , 谐振腔与源和负载之间的有载品质因数也相 等. 采用 J 型并联谐振回路[ 7] , 在 A nsof t D esigner 软件中建立电路模型如图 3 所示. 在图 3 中 Q u 是 腔体的固有品质因数, 根据实际情况取 Q u 等于 3 000. 电容 C 和电感 L 满足 L = C = 1/ ( 2 f 0) . 把设计指标中的各项技术指标值作为优化的 目标值, 将初始的 Qe 值和谐振腔之间的耦合系数 初值代入电路模型中进行优化, 可以得到优化后 各腔之间的耦合系数及谐振腔与源和负载之间的 有载品质因数: K 12 = K 45 = 0. 030 647 8, K 23 =
2 2
( 1)
设 Y i = 0, 那么( 1) 式的谐振条件为:
广义切比雪夫滤波器设计
广义切比雪夫滤波器设计一、简介近年来，随着无线通讯技术的飞速发展，无线通讯使用的电磁波频谱变得非常拥挤。
因此，无线通讯系统对滤波器的性能指标也提出了越来越高的要求。
这意味着滤波器除了要有小尺寸、高选择性、低的插入损耗外，还要满足通带内平坦的群延迟响应和通带外足够大的的衰减。
通常，这种类型的滤波器都采用广义切比雪夫滤波器来实现通讯系统对它的要求。
二、广义切比雪夫滤波器简介滤波器作为一种二端口网络，具有特定的频率选择特性，即让某些频率的信号顺利通过，而对另外一些频率的信号加以阻隔和衰减。
目前在雷达、广播、无线通信等领域，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应地提高了。
因此，滤波器在这些领域被广泛运用，是微波，毫米波系统中不可缺少的器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的质量广义切比雪夫滤波器能通过引入传输零点而不用增加。
滤波器阶数来提高通道的选择性，并且只需要通过非相邻谐振腔的交叉祸合就可以实现。
目前很多通信用的滤波器都使用交叉祸合结构来实现，而这种结构的滤波器原型就是广义切比雪夫，要研究此类滤波器就必须先搞清广义切比雪夫函数的一些基本特性。
广义切比雪夫函数不仅可以产生传输零点，而且这些传输零点是可以人为指定的，可以是对称的，也可以是不对称的，这可以更加灵活地根据需要对滤波器的带外抑制度进行调节，其矩形系数可以做得很高，这是椭圆函数滤波器所不能做到的。
另外，通过交叉耦合，广义切比雪夫滤波器还可以产生复数传输零点，以改善通带内的群时延特性，这与传统的滤波器相比又增加了一项优势。
传统的滤波器原型要么从幅度特性出发进行综合，得到符合要求的S 参数幅度值，要么从相位特性出发，得到合适的相位曲线，例如传统的线性相位滤波器设计，它们都不能同时对幅度和相位进行综合，而广义切比雪夫却能用虚数传输零点控制幅度，同时用复数传输零点控制相位。
综上所述，广义切比雪夫滤波器与传统滤波器相比具有体积小，效率高，带外抑制度好，矩形系数高，设计灵活等诸多优点，具有广泛的应用前景，是国内外微波无源器件的研究热点。
切比雪夫滤波器设计和仿真
切比雪夫滤波器设计和仿真摘要：滤波器是一种常见的电路形式，在电子线路中有广泛的应用。
滤波器的设计在这些领域中是必不可缺的。
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置。
按照不同的频域或时域特性要求，可分巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫型（Chebyshev）、贝塞尔型（Bessel)椭圆型（Elliptic），这些都是属于模拟低通滤波器。
切比雪夫型滤波器的特点是通带内增益有起伏。
本文介绍的是借助Multisim 10仿真实现二阶切比雪夫低通有源滤波器的设计。
关键词：滤波器；频域或时域特性；切比雪夫；Multisim10Chebyshev LPF's design and emulation Abstrac：Filter would completely eliminate signals above the cutoff frequency, and perfectly pass signals below the cutoff frequency . In real filters, various rade-offs are made to get optimum performance for a given application. There are manybooks that provide information on popular filter types like the Butterworth, Bessel, and Chebyshev filters, just to name few. Chebyshev filters are designed to have ripple in the pass-band, but steeper roll off after the cutoff frequency. Cutoff frequency is defined as the frequency at which the response falls below the ripple band. For a given filter order, a steeper cutoff can be achieved by allowing more pass-band ripple. The transient response of a Chebyshev filter to a pulse input shows more overshoot and ringing than a Butterworth filter.Key Words:Filter；popular filter types；Chebyshev function；Multisim 10引言随着现代科学技术的发展，滤波技术在通信、测试、信号处理、数据采集和实时控制等领域都得到了广泛的应用。
edatopcom_SIR广义切比雪夫同轴腔体滤波器仿真设计
第28卷 第4期2007年12月制 导 与 引 信G UI DANCE &FUZEV ol.28N o.4Dec.2007文章编号:167120576(2007)0420055204SIR 广义切比雪夫同轴腔体滤波器仿真设计马云轩, 杨 兴, 宁俊松, 羊 恺(电子科技大学电工学院微波中心,四川成都610054) 摘 要:利用阶跃阻抗谐振器SIR 作为同轴腔滤波器的基本谐振单元,设计了一个利用交叉耦合来实现广义切比雪夫函数的同轴腔体滤波器。
文章主要用微波C AD 软件HFSS 对理论进行了仿真验证,结果表明这种形式的滤波器较好地提高了滤波器的带外抑制能力,达到了对滤波器的小体积、低插损的设计要求。
关键词:切比雪夫;交叉耦合;同轴滤波器中图分类号:T N713.1 文献标识码:ASimulation Design of SIR G eneralized ChebyshevCoaxial 2cavity FilterMA Yun 2xuan , Y ANG Xing , NING Jun 2song , Y ANG Kai(Microwave Center of School of Electronic Engineering of UESTC ,Chengdu Sichuan 610054,China ) Abstract :Stepped Im pedance Res onators (SIR )taken as basic res onator unit of coaxial filters ,a kind of generalized Chebyshev coaxial 2cavity filter through cross coupling is designed.The theory is simulated and verificated with microwave C AD HFSS s oftware.The simulation results show that this type filter can enhance the restrainability of stopband and attain the demand g oals of small size ,wide stopband of filter.K ey w ords :Chebyshev ;cross coupling ;coaxial filter收稿日期:2007-09-29作者简介:马云轩(1984-),男,在读硕士,主要从事微波、射频电路的研究。
小型化SIR同轴腔体滤波器的设计
小型化SIR同轴腔体滤波器的设计
微波带通是通信系统中的一类关键无源器件。
近年来，随着微波技术的快速进展，无线电通信频率资源日益紧急，这就对滤波器的性能指标提出了更高的要求，因此讨论新的高性能微波带通滤波器具有非常重要的实际意义。
而同轴腔滤波器具有功率容量大、体积小、Q值高、易于实现的特点，能够符合带内插损小、带外抑制高的设计要求。
λg／4型阶跃阻抗变换器(SIR)作为基本谐振单元在不减小无载Q值的状况下，可减小滤波器尺寸，并通过调整阻抗比来较好地控制杂散频率。
同时采纳梳状线的形式，因为一端的加载，进一步缩短了谐振器的尺寸。
SIR 滤波器在结构和设计上有很大的自由度，通过采纳不同类型的传输线(同轴、带状线、微带、共平面)或介电材料而使其有很大的应用频率范围。
1 基本原理
SIR是由两个以上具有不用特征阻抗的传输线组合而成的横向电磁场或准横向电磁场模式的谐振器，包括λg／4型、λg／2型和λg型，都有开路面、短路面和它们之间的阻抗阶跃接合面。
图1为λg／4型SIR结构。
传输线开路端和短路端之间的特征阻抗和等效电长度分离对应为Z1、θ1和Z2、θ2，输入端的阻抗和导纳分离定义为Zi和Yi。
若忽视阶跃非延续性和开路端的边缘电容，那么Zi的表达式如下
由此可得谐振条件取决于θ1、θ2和阻抗率Rz。
普通匀称阻抗谐振器(UIR)的谐振条件唯一取决于传输线的长度，而对SIR同时要计人长度和阻抗比。
因此SIR比UIR多了一个自由度。
图2是同轴SIR的基本结构，内导体的半径和长度分离为a1、l1和a2、l2，外导体内半径
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一种广义切比雪夫SIW滤波器的磁调谐方法[发明专利]
![一种广义切比雪夫SIW滤波器的磁调谐方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/5f195c2008a1284ac95043b0.png)
专利名称：一种广义切比雪夫SIW滤波器的磁调谐方法
专利类型：发明专利
发明人：汪晓光,张丽君,赵圆圆,陈良,方建成,刘水平,肖宇,杜凤媛,谢海岩,梁迪飞
申请号：CN201810017253.8
申请日：20180109
公开号：CN108565533A
公开日：
20180921
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及微波、滤波器技术，具体涉及到一种广义切比雪夫SIW滤波器的磁调谐方法。
本发明是针对广义切比雪夫滤波器中的SIW腔体滤波器的调谐，在目标SIW腔体滤波器中耦合最强的区域，嵌入一个铁氧体圆柱，再对嵌入的铁氧体圆柱施加外加磁场，通过调节外加磁场的大小来改变耦合系数，最后导致结果的改变，实现磁调谐。
本发明实现了对SIW腔体滤波器的磁调谐。
申请人：电子科技大学
地址：611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号
国籍：CN
代理机构：电子科技大学专利中心
代理人：闫树平
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切比雪夫滤波器设计和仿真
切比雪夫滤波器设计和仿真摘要：滤波器是一种常见的电路形式，在电子线路中有广泛的应用。
滤波器的设计在这些领域中是必不可缺的。
滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或衰减）无用频率信号的电子电路或装置。
按照不同的频域或时域特性要求，可分巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫型（Chebyshev）、贝塞尔型（Bessel)椭圆型（Elliptic），这些都是属于模拟低通滤波器。
切比雪夫型滤波器的特点是通带内增益有起伏。
本文介绍的是借助Multisim 10仿真实现二阶切比雪夫低通有源滤波器的设计。
关键词：滤波器；频域或时域特性；切比雪夫；Multisim10Chebyshev LPF's design and emulation Abstrac：Filter would completely eliminate signals above the cutoff frequency, and perfectly pass signals below the cutoff frequency . In real filters, various rade-offs are made to get optimum performance for a given application. There are manybooks that provide information on popular filter types like the Butterworth, Bessel, and Chebyshev filters, just to name few. Chebyshev filters are designed to have ripple in the pass-band, but steeper roll off after the cutoff frequency. Cutoff frequency is defined as the frequency at which the response falls below the ripple band. For a given filter order, a steeper cutoff can be achieved by allowing more pass-band ripple. The transient response of a Chebyshev filter to a pulse input shows more overshoot and ringing than a Butterworth filter.Key Words:Filter；popular filter types；Chebyshev function；Multisim 10引言随着现代科学技术的发展，滤波技术在通信、测试、信号处理、数据采集和实时控制等领域都得到了广泛的应用。
广义切比雪夫滤波器设计讲解
分类号密级UDC1注学位论文广义切比雪夫滤波器设计（题名和副题名）王一凡（作者姓名）2007年3月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。
独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。
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（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日2摘要摘要近年来，随着无线通讯技术的飞速发展，无线通讯使用的电磁波频谱变得非常拥挤。
因此，无线通讯系统对滤波器的性能指标也提出了越来越高的要求。
这意味着滤波器除了要有小尺寸、高选择性、低的插入损耗外，还要满足通带内平坦的群延迟响应和通带外足够大的的衰减。
通常，这种类型的滤波器都采用广义切比雪夫滤波器来实现通讯系统对它的要求。
广义切比雪夫滤波器的传输零点，可以位于阻带内的任意位置处，这能更加灵活地对滤波器的带外抑制度进行调节，其矩形系数可以做得很高。
另外通过一些特定的交叉耦合，广义切比雪夫滤波器还能实现复数传输零点，以改善通带内的群时延特性，减小信号的畸变。
本文系统地总结了广义切比雪夫滤波器的综合过程，并针对不同的拓扑结构给出了相应的耦合矩阵消元方法。
接下来，文章又给出了六腔同轴结构线性相位滤波器的设计实例和测试曲线。
最后，运用MATLAB GUI的界面编程语言设计了滤波器综合的计算程序，使得广义切比雪夫滤波器的综合过程更加快捷直观。
切比雪夫带通滤波器的设计
第28卷第3期凯里学院学报Vol.28 No.32010年6月Journal of Kaili University J un.2010切比雪夫带通滤波器的设计王利众(中央民族大学信息工程学院,北京 100081)摘 要:采用切比雪夫型滤波器设计了一个50～60M Hz 的带通滤波器,并给出测试结果.关键词:滤波器;切比雪夫;带通论文编码:Doi :10.3969/j.issn.167329329.2010.03.080 引言任何电子通信系统的频谱都由无限多的频率分量组成,这些分量包括各次谐波和混叠分量,所以必须使用滤波技术加以抑制.在电路中所采用的滤波器可以是低通滤波器也可以是带通滤波器,带通滤波器的通带宽度由工程需要来确定.在滤波器的设计中,通常是先综合设计低通原型滤波器,然后再由低通原型滤波器借助频率变换原理,通过网络变换得到所需要的带通滤波器.为了简化滤波器的设计,通常将低通原型滤波器的阻抗和频率作归一化处理.在工程计算中,查表得到的是频率和阻抗都已经归一化了的元件值,要标定成实际需要的截止频率和负载电阻时的元件值,可由以下公式算出[1]: R =R ′・R L ,(1) L =R Lωc・L ′,(2) C =1ωc R L・C ′,(3) ω=Ω・ωc .(4)在以上各式中,带“撇”的量表示归一化元件的值,不带“撇”的量为实际值,R L 为负载电阻的实际值,ωc 为截止频率,Ω为归一化频率.式(1)至(4)就是设计低通滤波器所用的综合标定公式.最常用的低通原型滤波器有3种:巴特沃斯型;切比雪夫型;椭圆函数型,即考尔低通响应.若将低通原型滤波器以上特性的频率变量经过适当的变换,就可以得到一个以新的频率为变量的衰减特性,用它们可以表示带通滤波器[1].1 切比雪夫型带通滤波器的设计下面所给出的带通滤波器应用于某雷达中频电路中,其具体指标要求如下:(1)通带50～60M Hz ;(2)输入输出阻抗均为50Ω;(3)通带纹波小于0.1dB ,阻带衰减大于50dB.该50～60M Hz 带通滤波器采用的形式为5阶切比雪夫响应滤波器,其电路原理图如图1所示.图1 50～60M Hz 带通滤波器原理图通过查表计算[1]及计算机优化设计,得到的各L ,C 元件数值如表1所示.表1 50～60M Hz 带通滤波器L ,C 元件值电感/n HL 1L 2L 3L 4L 5电容/p FC 1C 2C 3C 4C 520.12381207.428611.73891207.428620.123842077207420 这里,我们所采用的滤波器计算机辅助优化设计软件为美国EESOF 公司的软件Touchstone.该・32・3收稿日期:2009212231基金项目:中央民族大学2008年度青年教师科研基金项目(08QNA31).作者简介:王利众(19682),男,河北石家庄人,中央民族大学信息工程学院高级工程师,博士,主要研究方向为通信及雷达技术.软件可以进行放大器、滤波器、混频器以及多端口网络的优化设计.图2给出了用To uchstone 优化设计的50～60M Hz 带通滤波器的频率响应曲线.图中带锯齿状的那一条曲线表示输入端口的反射系数,另外一条表示的是滤波器输入端口到输出端口的传输系数.图2 50～60M Hz 带通滤波器频率响应曲线2 结论由于理论设计中的L ,C 元件数值都是计算值,在实际制作中不一定可以找到合适的器件,所以计算所得的非标称值的电容,可使用数值接近的标称值电容来代替.为了抵消电容数值的改变所带来的影响,可修改与电容谐振的电感的数值,使修改后的电感和电容仍然谐振在中心频率上,因为电感是用缠绕线圈的方法实现的,所以电感的数值比较容易调整到需要的数值上.对于数值很小的电容,若不能找到与它接近的标称值电容,则可以使用可调电容来实现.制作滤波器的电容最好使用云母电容,因为云母电容精确度较高,温度特性也比较好.电感可用漆包线绕在小磁环上制成,这样获得的Q 值较高.参考文献:[1]成都电讯工程学院七系编.L C 滤波器和螺旋滤波器的设计[M ].北京:人民邮电出版社,1978.[2]吴万春等.现代微波滤波器的结构与设计[M ].北京:科学出版社,1973.[3]黄席椿,高顺泉.滤波器综合法设计原理[M ].北京:人民邮电出版社,1978.[4]丁鹭飞.雷达原理[M ].西安:西安电子科技大学出版社,1997.[5]赵国庆.雷达对抗原理[M ].西安:西安电子科技大学出版社,1999.[责任编辑:孟立霞]The design of Chebyshev band 2pass f ilterWAN G Li 2zhong(I nf ormation Engineering College ,Minz u Universit y of China ,Bei j ing 100081,China )Abstract :U sing Chebyshev filter designs a 50～60M Hz band 2pass filter ,t he testing result is also given.K ey w ords :filter ;Chebyshev ;band 2pass・42・。
广义切比雪夫滤波器的电路仿真模型
0
-0.05
0.5
1
1.5
2
W/W0
Mii
0.2 0.15
0.1 0.05
0 0.5 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2
1
1.5
W/W0
wi/w0=0.94
wi/w0=0.96
wi/w0=0.98
wi/w0=1.02
2
wi/w0=1.04
wi/w0=1.06
wi/w0=1.0
i 0
1m iiF 2BW2m iiF 2BW
G3 C3 L3
图九、三腔正交耦合滤波器的并联谐振回路等效电路
电路方程
(Gs
G1
1
jL1
jC1)v1
jJ12
v2
jJ13 v3
is
jJ12
v1
(G2
1
jL2
jC2)v2
jJ23 v3
0
jJ13 v1
jJ23 v2
(GL
G3
1
jL3
jC3)v3
0
矩阵形式电路方程‘
GS G1j(1 1)
jJ12
Rs Rs
K
Z=K03 P=Lam ped/4
+
-
Es
0
K La1
Z=K01 P=Lam ped/4
K
Z=K02 P=Lam ped/4
K
Z=K13 P=Lam ped/4
K La2
Z=K12 P=Lam ped/4
K
Z=K23 P=Lam ped/4
K变换器设计公式
K 01 R sL a1m 01;K 02 R sL a2m 02;K 03 R sR Lm 03; K 12 L a1L a2m 12;K 13 L a 1R Lm 13;K 23 L a2R Lm 23
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制 导 与 引 信
G UIDANCE & FUZE
Vol. 28 No. 4 Dec. 2007
文章编号 :167120576 ( 2007) 0420055204
SIR 广义切比雪夫同轴腔体滤波器仿真设计
马云轩 , 杨 兴, 宁俊松 , 羊 恺
0. 01 dB ; 带外衰减 > 30 dB ( f 0 ± 30 MHz 处 ) ; 腔体
长 3 宽 3 高 < 25 3 25 3 42 mm 。
3
由切比雪夫低通滤波器原型查表可得当 N
= 4 时 : g0 = 1 , g1 = 1. 1088 , g2 = 1. 3061 , g3 = 1. 7708 , g4 = 0. 8180 , g5 = 1. 3554 ( gi 为低通原型
simulated and verificated with microwave CAD HFSS software. The simulation results show that this type filter can enhance the restrainability of stopband and attain the demand goals of small size , wide stopband of filter. Key words : Chebyshev ; cross coupling ; coaxial filter
Simulation Design of SIR Generalized Chebyshev Coaxial2cavity Filter
MA Yun2xuan , YANG Xing , NING J un2song , YANG Kai
(Microwave Center of School of Electronic Engineering of UESTC , Chengdu Sichuan 610054 , China)
( w′ 时 k12 , k34 , Qe1 , Qe2 不变 , 而 k14 = WJ 1 Π 1 g1 ) , ( w′ k23 = WJ 2 Π 1 g2 ) 。于是代入基本数值可得到最
若要求设计一四阶同轴腔滤波器 , 其指标为 中心频率 f 0 = 950 MHz ; 带宽 30 MHz ; 带内纹波
图1 加入交叉耦合的低通原型滤波器
式中 ,相对带宽 W 为
W = w2 - w1 w0
( 3)
1 基本原理
1. 1 广义切比雪夫带通滤波器设计原理
当交叉耦合 J 14 ( 导纳变换器) 存在时 ,根据参 考文献 [ 5 ] 设在带外 Ωa = ± 2. 4 ( Ωa 为归一化频 点) ,即 w = f 0 ± 36 MHz 处加入一对传输零点 。此
第4期
马云轩 ,等 :SIR 广义切比雪夫同轴腔体滤波器仿真设计
57
h1 ;粗柱为 r2 , h2 。若忽略阶跃非连续性和开路
端的边缘电容 ,输入阻抗 Zi 的表达式为
Zi = j Z2 Z1 tan θ 1 + Z2 tan θ 2 Z2 - Z1 tan θ 1 tan θ 2
( 4)
设总电长度为 θ sum = θ 1 +θ 2 , 归一化长度 L n0 π ,则可由式 ( 5) 得 = 2θ sumΠ
tan θ sum =
Rz 1 + tan θ 1 1 - Rz tan θ 1
2
( 6)
为实现体积小型化 , 应使 θ Π 2 , 当且仅 sum < π θ 当θ 1 =θ 2 即 tan θ 1 = Rz 时 , sum 和 L n0 取最小值 , θ sum = arctan[ 2
tan θ 1 tan θ 2 =
Z2 = Rz Z1
空 ,以便于插入螺钉进行手动调谐 。
2. 2 终端外界 Q 值
( 5)
终端外界 Q 值就是终端电阻反射到第一个 谐振器中所得到的 Q 值 。此处激励采用磁环激 励 ,根据参考文献 [ 4 ] , 通过单腔驱动模式的仿真 Δf , 计算得到 计算得到 S 参数 , 再通过 Qe = 2 f 0 Π 所需要的 Q 值 ,如图 4 所示 。
0 引言
微波带通滤波器是现代微波通信技术中一个 极其重要的部分 ,是微波系统中不可缺少的器件 , 其性能的优劣往往会直接影响整个通信系统的质
收稿日期 :2007 - 09 - 29 作者简介 : 马云轩 (1984 - ) ,男 , 在读硕士 , 主要从事微波 、 射 频电路的研究 。
量 。近年来 ,随着微波技术的迅速发展 ,无线电通 信频率资源日益紧张 , 这对滤波器的性能指标提 出了更高的要求 ,因此研究新的 、 高性能的微波带 通滤波器具有十分重要的实际意义 。而同轴腔滤 波器具有功率容量大 、 体积小 、 Q 值高 、 易于实现 的特点 ,能够符合带内插损小 、 带外抑制高的设计 要求 。 λ Π 4 型阶跃阻抗变换器 ( SIR) 作为基本谐振 单元在不减小无载 Q 值的情况下 ,可减小滤波器
Abstract : Stepped Impedance Resonators ( SIR) taken as basic resonator unit of coaxial filters , a kind of generalized Chebyshev coaxial2cavity filter through cross coupling is designed. The theory is
图 4 Qe 的驱动模式
其单谐振腔器如图 3 所示 。
上式中 , f 0 为中心频率 ;Δf 为谐振峰下降到
3 dB 时对应的频带宽度 , 由此可得激励的高度与
长度分别为 12 mm 和 7. 4 mm 。
2. 3 耦合系数 k
图3 单腔本征模
耦合谐振电路理论指出 , 对于两个完全相 同的谐振腔之间的耦合系数的计算 , 可以在耦合 窗对称面上剖开 , 令对称面为完全电壁和完全磁 壁 ,计算出耦合谐振腔在剖面为电壁时腔体的谐 振频率 f e 和剖面为磁壁时的谐振频率 f m ( 如图 5 所示) ,则两个完全相同的腔体耦合系数为
( 7)
由此可以得到耦合孔的长宽高 : k11 为 8. 2 3 1 3
10 mm ; k12 为 14. 3 3 1 3 20 mm ; k23 为 10. 6 3 1 3 20 mm ; k34 为 10. 7 3 1 3 20 mm 。
58
制 导 与 引 信
第 28 卷
k = fe - fm 2 2 fe + fm
2 2
[4 ]
为了方便机械加工 , 腔体采用外方内圆的结 构 。设外腔底面边长为 20 mm ,利用微波 CAD 软 件 HFSS 对端口阻抗的仿真 , 可以确定内圆柱半 径 r1 = 2 mm , r2 = 8. 5 mm ,由于阶跃结合面 、 开路 端的不连续性和谐振器之间形成的耦合电容 , 及
[1 ] Ralph Levy. Filters with Single Transmission Zeros at Real or Imaginary Frequencies [J ] . IEEE Trans2MTT , 1976 : 1722181. [2 ] 吴万春 ,梁昌洪 . 微波网络及其应用 [M] . 北京 : 国防 工业出版社 ,1980. [3 ] M Makimoto , S Yamashita. 无线通信中的微波谐振器 与滤波器 [M] . 北京 : 国防工业出版社 ,2002 :21238. [4 ] Jia2Sheng Hong , M. J . Lancaster. Microstrip Fillers for RFΠ Microwave Applications [ M ] . John Wilev & Sons , Inc , 2001 : 3172320. [5 ] 甘本祓 ,吴万春 ,等 . 现代微波滤波器的结构与设计 [M] . 北京 : 科学出版社 ,1973 :1492152.
(c) 俯视图 (a) 两腔示意图 (b) (a) 图的对称切割
图6 四腔交叉耦合滤波器结构图
图5 耦合系数 k 的仿真
2. 4 四腔交叉耦合滤波器的仿真与结果分析
根据上面计算的初始值 , 将四腔同轴滤波器 在微波 CAD 软件 HFSS 中建模 、 仿真 、 优化可以得 到最佳的尺寸值 ,如图 6 所示 。 通过仿真所得的 S 曲线比较了有无交叉耦合 时的情况 ,其中实线为无交叉耦合时的响应 ,虚线 为有交叉耦合时的响应 ,如图 7 所示 ,可以看出通 [5 ] 过设置传输零点能够提高滤波器带外抑制能力 。
开路端电容加载的影响 , 其单谐振腔器可用一段 等效的长度来代替 。通过 HFSS 单腔本征模的仿 真 ,可以得到准确的最终尺寸 r1 = 2 mm , r2 = 8. 5
mm , h1 = 17 mm , h2 = 16 mm 。图中的 Z2 部分被掏
作为并联谐振单元的条件是式 ( 4) 的 Zi 分母 为零 ,即
终的设计参数 : a) 终端外界 Q 值 : [ Qe1 , Qe2 ] = [ 23. 7600 ,
23. 7600 ] ; b) 耦合系数 : [ k14 , k12 , k23 , k34 ] = [ - 0. 0057 , 0. 0324 ,0. 0286 ,0. 0324 ] 。
电路的基本元件数值 ) , 且在带外 30 MHz 的地方 衰减只有 20 dB ,所以用传统的切比雪夫函数是无 法达到的 ,故采用广义切比雪夫函数 ,即在不相邻 谐振器间加入交叉耦合 , 使带外有限远处产生传 输零点 ,可得到与椭圆函数滤波器相似的功能 ,最 大限度地提高滤波器的带外抑制能力 。 由切比雪夫低通滤波器原型表示成只有电容 和导纳变换器 ( 含交叉耦合 ) 时的结构 , 如图 1 所 示