抽头式微带平行耦合带通滤波器的设计
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本论文以抽头式微带平行耦合带通滤波器为研究对象，以实现对这种滤波器的高效设计，现总结如下：
1）介绍了微波滤波器的基础理论，论述了微波滤波器的传输函数、低通原型、频率变换等。
2）对抽头线单元和内部耦合结构给出了等效电路分析方式和设计方案。
3）结合具体的微波滤波器设计指标，给出了抽头式微带平行耦合滤波器的设计实例和仿真结果，并对滤波器进行了优化。
我国从50年代后期开始普遍利用滤波器，通过半个多世纪的进展，在滤波器的研制、生产、应用等方面已纳入国际进展的轨道，但由于缺少专门的研制机构，集成工艺和材料科学跟不上束，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际上仍有一段距离。
目前，平行耦合微带线滤波器已经普遍应用在各类微波电路中，同时在此基础上，又引伸和进展了多种变型结构，如发夹线和混合发夹线结构、割裂环式结构、阶梯阻抗式结构、直排结构等，并有各自的特点，取得了普遍的应用。同时，微带线滤波器的设计方式也有专门大的改变，传统利用集中元件的设计方式不能应用于微波领域，散布元件法已经普遍应用在微带线滤波器的设计中，而且随着各类高频仿真软件的推行，理论计算与运算机优化有机地结合起来，使得滤波器的设计愈来愈精准。
插入损耗：在电路中由于插入滤波器所致使的信号损耗，用 参数来定量描述，以dB为量度单位，概念式为:
（2-4）
与3dB带宽相对应，一样以为通带插损不超过3dB。对阻带衰减的标准各不相同，一样以为至少大于15dB。
回波损耗：用 参数来定量描述，以dB为量度单位，概念为输入功率 与反射功率 的比值再取对数，即：
1.6微波滤波器的要紧参数指标
微波滤波器设计中需要考虑的一些要紧指标如下：
中心频率：即滤波器的通带的中心频点 。
通带带宽：严格意义上来讲，带宽又能够划分为噪声带宽、3dB带宽、奈奎斯特带宽、滚降系数带宽等假设干种，利历时要明确加以区分。在本文的微波滤波器设计中一样所指均为3dB带宽，即通带衰减达到3dB时对应的上下限截止频率 和 之间的宽度，相对带宽概念为绝对带宽与中心频率 的比值，表达式如下：
在此研究进程中，借助高频仿真软件AnsoftHFSS中的进行建模、仿真，所取得的结果与实际测量结果大体相符，能够作为判定的依据。
1.2国内外的现状
自从第一个LC滤波材料工业的进展，滤波器进展上了一个新台阶，其中小体积、多功能、高精度、稳固靠得住的各类滤波器取得飞速进展。至今人们仍致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。固然，此刻对滤波器的研究仍在不断进行，以提高各类新型滤波器性能并慢慢扩大应用范围
微波滤波器是无线电技术中许多设计问题的中心，可利用它们来分开或组合不同的频率。微波滤波器的品种繁多，性能各异，实际中对滤波器的要求是各类各样的。滤波器依照其选频特性要紧分为三种类型，即低通、高通、带通。而实际滤波器在设计时都事前确信一个低通原型，然后通过频率和元件值变换而取得需要综合的滤波器元件值。
抽头式输入＼输出单元，以其紧凑的结构形式，灵活的设计方式，早在上世纪六七十年代就被许多人员研究，可是由于等效电路法分析该单元的精度较差、调试难度大、研制周期长等缘故，阻碍了抽头式微波滤波器的普遍应用。
随着运算机性能的提高，和微波CAD技术的进步，高频电磁仿真软件仿真的精度和效率不断提高，能够将传统的等效电路设计方式与高频电磁仿真软件HFSS相结合，提高设计精度，缩短研制周期。
本文在综合考虑微波滤波器技术指标的基础上，对宽带的相对带宽、较高抑制、体积和端口对称等要求，合理采纳的抽头式微波滤波器来实现。所设计的滤波器性能优良，设计周期短，在实际工程上具有较好应用价值。
1.4论文框架
本文共分为五个章节。第一章引言；第二章介绍滤波器的大体原理，其中包括滤波器的分类、大体理论、滤波器的要紧参数低通原型及频率变换等；第三章说明微带线滤波器的种类，与微带线滤波器设计相关的理论基础；第四章论述平行耦合式微带线滤波器的大体原理，内容包括抽头式平行耦合微带线滤波器结构、参数设定与分析，并提出设计方式与工程实例应用；第五章总结语。
（2-5）
回波损耗表征了通带内的驻波特性，与外部电路的匹配状况，一样以为至少要大于l0dB。
The tapped line input＼output block with compact structures and flexible designmethod，was studied by many designers in the sixties and seventies of last century．But it is because the weak precision，hard tuning and long design period of traditionalequivalent circuit method influences the development and wide use ofthis block．
关键字：平行耦合，抽头式，带通滤波器，HFSS。
ABSTRACT
In the recent years,the microstrip filters have being applied to MIC and MMIC design due tothe advantages such as small size,light weight,low cost,and easy fabrication,The bandpass filtershas emerged from advance of the wideband communication．
电子科技大学成都学院
毕 业 设 计 论 文
论文题目一种的微带平行耦合带通滤波器的设计
学生姓名周文龙
学 号21
专 业通信工程
系(分院）通信与信息工程系
指导教师钟淑蓉
指导单位电子科技大学成都学院
2013年6月制
摘要
由于具有尺寸小，重量轻，本钱低且易于集成等优势，微带滤波器被普遍的应用于微波电路和微波集成电路。随着宽带通信系统的进展，带通滤波器慢慢成为现代滤波器设计的一个热点。
3)a deeper research of tapped linemicrostrip parallel coupling filter is designedandsimulated with Ansoft designer,optimized.
Key Words:parallel coupling,Tapped line,bandpass filter,HFSS
Now days,with the improvement of computer capacities and technique ofmicrowave CAD,the precision and efficiency of the high frequency simulation softer israising we call associate the equivalent circuit method with the softerHFSSof highfrequency simulation,to improve thecharacteristics and shorten the design period．
1.3研究意义
微波滤波器被普遍的应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星接力、导弹制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的器件，其性能的好坏往往直接阻碍整个通信系统的性能。随着信息产业和无线通信系统的蓬勃进展，微波频带显现相对拥堵的状态，频带资源的划分加倍精细，分派到各类通信系统的频率距离愈来愈密，对滤波器的性能提出了更高的要求。在实际工程应用中，从滤波器技术指标的给定到加工成品所要求的时刻将愈来愈短，快速准确的设计出高性能的微波滤波器将是工程设计所必需的，而且由于新材料、新工艺的不断显现，和半导体技术的迅速进展，各类新RF模块层出不穷，使得微波、毫米波RF有源电路的设计周期不断缩短，且电路高度集成，体积愈来愈小。因此设计高性能、小体积的滤波器，缩短滤波器研制周期，是目前微波、毫米波通信领域的关键环节之一。
1)The basic theoryof microwave filter is stated. The topics will cover filter transferfunction,lowpass prototype filters.
2)Analysis and design programs ofthe tapped line I／O block and the internal coupling structureare given．
（2-2）
矩形系数：描述滤波器对频带外信号的衰减程度，过渡带越峻峭，选择性越好。理想滤波器的幅频特性应该是一个矩形。为了描述滤波器接近矩形的程度，概念一个指标为矩形系数，其概念式为:
（2-3）
即滤波器的传输系数下降到中心频率最大传输系数的倍时的带宽与其3dB带宽之比。理想的滤波器，矩形系数等于l，现在通频带外的信号全数衰减，具有最正确滤波性能。
In this paper on the basis of studying thedeeper research of tapped linemicrostrip parallel couplingbandpassfilter,to provide the precise design for the kinds of filter.The main works areas follows:
滤波器的特性是用频率响应来描述的。理想滤波器的频率响应特性在通带边缘具有理想的衰减特性，可是在滤波器的实际综合时，由于本钱和可能性的缘故，所设计的滤波器的频率响应特性都是尽可能的接近或逼近理想的滤波特性。一样采纳工作衰减来描述滤波器的幅值特性，即：
（2-1）
式中， 和 别离为输出端接匹配负载时滤波器输入功率和负载吸收功率。
平行耦合式微带带通滤波器是一种有效型微带线带通滤波器。尽管这种滤波器有较大的插损，但在很多情形下，插损不是最关键的指标，而必需综合考虑电性能、结构、体积、质量、靠得住性等多种因素，精准设计的平行耦合式微带线带通滤波器是一种值得优先的选择。
为了使端口对称，结构上加倍紧凑，体积能够做得更小，容易与微带结构有源电路相连，本文要紧探讨：抽头式平行耦合微带带通滤波器。这种滤波器的设计方式一样都是基于等效电路法，该方式在对滤波器内部耦合结构设计时，成效较好(因为滤波器对内部耦合结构的公差要求不是很高)，可是对关键的抽头线输入＼输出(I＼0)单元的分析误差较大，而在抽头式结构滤波器的设计中抽头线单元对滤波器整体性能的阻碍较大，因此仅仅基于等效电路法所设计的微波滤波器调试难度大，研制周期长，且一致性较差，从而在专门大程度上阻碍到抽头结构微波滤波器的普遍应用。此刻，由于运算机性能的提高，和微波CAD技术的进步，高频电磁仿真软件的精度和效率不断提高，能够将传统的等效电路设计方式与高频电磁仿真软件相结合，提高设计精度，缩短研制周期，从而快速、有效的设计出给定技术参数的微波滤波器。
滤波器的大体理论
1.5滤波器的介绍
微波滤波器能够按不同的观点进行分类：接作用分类(如带通，带阻等)；按结构分类(犹如轴线、波导等)：方式分类(如反射式、吸收式等)：按应用分类(如可调或固定调谐的)；加载方式分类(如单终端的、双终端的等)；按能量形式分类(电磁的、自旋波的、声的)；频带大小分类(如宽带、窄带等)；按功率容量分类(如大功率、低功率)等等。
第1章引言
1.1概述
滤波技术是信号分析、处置技术的重要分支。不管是信号的获取、传输，仍是信号的处置和互换，都离不开滤波技术，它对信息的平安靠得住和有效灵活的传递是相当重要的。
在所有的滤波器中，由于微带型传输线具有结构简单、制造本钱低廉、适用于印刷电路技术、主动元件易于结合及金属表面易于焊接等优越特性，同时，各类微波新材料的应用，大大提高了微波滤波器的性能，使得微带线滤波器成为微波电路中最大体的一种传输线结构。
1）介绍了微波滤波器的基础理论，论述了微波滤波器的传输函数、低通原型、频率变换等。
2）对抽头线单元和内部耦合结构给出了等效电路分析方式和设计方案。
3）结合具体的微波滤波器设计指标，给出了抽头式微带平行耦合滤波器的设计实例和仿真结果，并对滤波器进行了优化。
我国从50年代后期开始普遍利用滤波器，通过半个多世纪的进展，在滤波器的研制、生产、应用等方面已纳入国际进展的轨道，但由于缺少专门的研制机构，集成工艺和材料科学跟不上束，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际上仍有一段距离。
目前，平行耦合微带线滤波器已经普遍应用在各类微波电路中，同时在此基础上，又引伸和进展了多种变型结构，如发夹线和混合发夹线结构、割裂环式结构、阶梯阻抗式结构、直排结构等，并有各自的特点，取得了普遍的应用。同时，微带线滤波器的设计方式也有专门大的改变，传统利用集中元件的设计方式不能应用于微波领域，散布元件法已经普遍应用在微带线滤波器的设计中，而且随着各类高频仿真软件的推行，理论计算与运算机优化有机地结合起来，使得滤波器的设计愈来愈精准。
插入损耗：在电路中由于插入滤波器所致使的信号损耗，用 参数来定量描述，以dB为量度单位，概念式为:
（2-4）
与3dB带宽相对应，一样以为通带插损不超过3dB。对阻带衰减的标准各不相同，一样以为至少大于15dB。
回波损耗：用 参数来定量描述，以dB为量度单位，概念为输入功率 与反射功率 的比值再取对数，即：
1.6微波滤波器的要紧参数指标
微波滤波器设计中需要考虑的一些要紧指标如下：
中心频率：即滤波器的通带的中心频点 。
通带带宽：严格意义上来讲，带宽又能够划分为噪声带宽、3dB带宽、奈奎斯特带宽、滚降系数带宽等假设干种，利历时要明确加以区分。在本文的微波滤波器设计中一样所指均为3dB带宽，即通带衰减达到3dB时对应的上下限截止频率 和 之间的宽度，相对带宽概念为绝对带宽与中心频率 的比值，表达式如下：
在此研究进程中，借助高频仿真软件AnsoftHFSS中的进行建模、仿真，所取得的结果与实际测量结果大体相符，能够作为判定的依据。
1.2国内外的现状
自从第一个LC滤波材料工业的进展，滤波器进展上了一个新台阶，其中小体积、多功能、高精度、稳固靠得住的各类滤波器取得飞速进展。至今人们仍致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。固然，此刻对滤波器的研究仍在不断进行，以提高各类新型滤波器性能并慢慢扩大应用范围
微波滤波器是无线电技术中许多设计问题的中心，可利用它们来分开或组合不同的频率。微波滤波器的品种繁多，性能各异，实际中对滤波器的要求是各类各样的。滤波器依照其选频特性要紧分为三种类型，即低通、高通、带通。而实际滤波器在设计时都事前确信一个低通原型，然后通过频率和元件值变换而取得需要综合的滤波器元件值。
抽头式输入＼输出单元，以其紧凑的结构形式，灵活的设计方式，早在上世纪六七十年代就被许多人员研究，可是由于等效电路法分析该单元的精度较差、调试难度大、研制周期长等缘故，阻碍了抽头式微波滤波器的普遍应用。
随着运算机性能的提高，和微波CAD技术的进步，高频电磁仿真软件仿真的精度和效率不断提高，能够将传统的等效电路设计方式与高频电磁仿真软件HFSS相结合，提高设计精度，缩短研制周期。
本文在综合考虑微波滤波器技术指标的基础上，对宽带的相对带宽、较高抑制、体积和端口对称等要求，合理采纳的抽头式微波滤波器来实现。所设计的滤波器性能优良，设计周期短，在实际工程上具有较好应用价值。
1.4论文框架
本文共分为五个章节。第一章引言；第二章介绍滤波器的大体原理，其中包括滤波器的分类、大体理论、滤波器的要紧参数低通原型及频率变换等；第三章说明微带线滤波器的种类，与微带线滤波器设计相关的理论基础；第四章论述平行耦合式微带线滤波器的大体原理，内容包括抽头式平行耦合微带线滤波器结构、参数设定与分析，并提出设计方式与工程实例应用；第五章总结语。
（2-5）
回波损耗表征了通带内的驻波特性，与外部电路的匹配状况，一样以为至少要大于l0dB。
The tapped line input＼output block with compact structures and flexible designmethod，was studied by many designers in the sixties and seventies of last century．But it is because the weak precision，hard tuning and long design period of traditionalequivalent circuit method influences the development and wide use ofthis block．
关键字：平行耦合，抽头式，带通滤波器，HFSS。
ABSTRACT
In the recent years,the microstrip filters have being applied to MIC and MMIC design due tothe advantages such as small size,light weight,low cost,and easy fabrication,The bandpass filtershas emerged from advance of the wideband communication．
电子科技大学成都学院
毕 业 设 计 论 文
论文题目一种的微带平行耦合带通滤波器的设计
学生姓名周文龙
学 号21
专 业通信工程
系(分院）通信与信息工程系
指导教师钟淑蓉
指导单位电子科技大学成都学院
2013年6月制
摘要
由于具有尺寸小，重量轻，本钱低且易于集成等优势，微带滤波器被普遍的应用于微波电路和微波集成电路。随着宽带通信系统的进展，带通滤波器慢慢成为现代滤波器设计的一个热点。
3)a deeper research of tapped linemicrostrip parallel coupling filter is designedandsimulated with Ansoft designer,optimized.
Key Words:parallel coupling,Tapped line,bandpass filter,HFSS
Now days,with the improvement of computer capacities and technique ofmicrowave CAD,the precision and efficiency of the high frequency simulation softer israising we call associate the equivalent circuit method with the softerHFSSof highfrequency simulation,to improve thecharacteristics and shorten the design period．
1.3研究意义
微波滤波器被普遍的应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星接力、导弹制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的器件，其性能的好坏往往直接阻碍整个通信系统的性能。随着信息产业和无线通信系统的蓬勃进展，微波频带显现相对拥堵的状态，频带资源的划分加倍精细，分派到各类通信系统的频率距离愈来愈密，对滤波器的性能提出了更高的要求。在实际工程应用中，从滤波器技术指标的给定到加工成品所要求的时刻将愈来愈短，快速准确的设计出高性能的微波滤波器将是工程设计所必需的，而且由于新材料、新工艺的不断显现，和半导体技术的迅速进展，各类新RF模块层出不穷，使得微波、毫米波RF有源电路的设计周期不断缩短，且电路高度集成，体积愈来愈小。因此设计高性能、小体积的滤波器，缩短滤波器研制周期，是目前微波、毫米波通信领域的关键环节之一。
1)The basic theoryof microwave filter is stated. The topics will cover filter transferfunction,lowpass prototype filters.
2)Analysis and design programs ofthe tapped line I／O block and the internal coupling structureare given．
（2-2）
矩形系数：描述滤波器对频带外信号的衰减程度，过渡带越峻峭，选择性越好。理想滤波器的幅频特性应该是一个矩形。为了描述滤波器接近矩形的程度，概念一个指标为矩形系数，其概念式为:
（2-3）
即滤波器的传输系数下降到中心频率最大传输系数的倍时的带宽与其3dB带宽之比。理想的滤波器，矩形系数等于l，现在通频带外的信号全数衰减，具有最正确滤波性能。
In this paper on the basis of studying thedeeper research of tapped linemicrostrip parallel couplingbandpassfilter,to provide the precise design for the kinds of filter.The main works areas follows:
滤波器的特性是用频率响应来描述的。理想滤波器的频率响应特性在通带边缘具有理想的衰减特性，可是在滤波器的实际综合时，由于本钱和可能性的缘故，所设计的滤波器的频率响应特性都是尽可能的接近或逼近理想的滤波特性。一样采纳工作衰减来描述滤波器的幅值特性，即：
（2-1）
式中， 和 别离为输出端接匹配负载时滤波器输入功率和负载吸收功率。
平行耦合式微带带通滤波器是一种有效型微带线带通滤波器。尽管这种滤波器有较大的插损，但在很多情形下，插损不是最关键的指标，而必需综合考虑电性能、结构、体积、质量、靠得住性等多种因素，精准设计的平行耦合式微带线带通滤波器是一种值得优先的选择。
为了使端口对称，结构上加倍紧凑，体积能够做得更小，容易与微带结构有源电路相连，本文要紧探讨：抽头式平行耦合微带带通滤波器。这种滤波器的设计方式一样都是基于等效电路法，该方式在对滤波器内部耦合结构设计时，成效较好(因为滤波器对内部耦合结构的公差要求不是很高)，可是对关键的抽头线输入＼输出(I＼0)单元的分析误差较大，而在抽头式结构滤波器的设计中抽头线单元对滤波器整体性能的阻碍较大，因此仅仅基于等效电路法所设计的微波滤波器调试难度大，研制周期长，且一致性较差，从而在专门大程度上阻碍到抽头结构微波滤波器的普遍应用。此刻，由于运算机性能的提高，和微波CAD技术的进步，高频电磁仿真软件的精度和效率不断提高，能够将传统的等效电路设计方式与高频电磁仿真软件相结合，提高设计精度，缩短研制周期，从而快速、有效的设计出给定技术参数的微波滤波器。
滤波器的大体理论
1.5滤波器的介绍
微波滤波器能够按不同的观点进行分类：接作用分类(如带通，带阻等)；按结构分类(犹如轴线、波导等)：方式分类(如反射式、吸收式等)：按应用分类(如可调或固定调谐的)；加载方式分类(如单终端的、双终端的等)；按能量形式分类(电磁的、自旋波的、声的)；频带大小分类(如宽带、窄带等)；按功率容量分类(如大功率、低功率)等等。
第1章引言
1.1概述
滤波技术是信号分析、处置技术的重要分支。不管是信号的获取、传输，仍是信号的处置和互换，都离不开滤波技术，它对信息的平安靠得住和有效灵活的传递是相当重要的。
在所有的滤波器中，由于微带型传输线具有结构简单、制造本钱低廉、适用于印刷电路技术、主动元件易于结合及金属表面易于焊接等优越特性，同时，各类微波新材料的应用，大大提高了微波滤波器的性能，使得微带线滤波器成为微波电路中最大体的一种传输线结构。