现代微波电路与器件设计4波导滤波器设计
【精品】波导滤波器设计
科技项目（课题）模拟申报书班级：10电子2班学号：2课题负责人：杨宁项目名称：波导滤波器的设计指导老师：杨波申报时间：2013-10-9电子专业科技方法训练二、研究内容、方法和技术路线（包括工艺流程）：在微波系统中往往需要在宽频带范围内滤出两个有用的信号并加以合成,以一个端口把信号送到接收机或放大器。
例如参考文献[1]提到的用于GPS系统中的设备(Double-diplexedtwochannelfil2terforGPS)就是这样,现摘录在图1。
在该图中,使用了并联排列的且输入、输出端都合一的2个带通滤波器,整个网络实现了2个通带互相隔离,而在其它的频率范围又提供了一定的衰减功能,从而满足了工作通道之间和附近干扰信号的衰减要求。
为了获得良好的通带性能,该双合一传输线长必须精心设计,并适当调整F1和F2通道滤波器的有关耦合参数,才能消除2通道滤波器之间的不利影响。
可以完成这个功能的方案还有:2个通道滤波器前后各加一个环行器;2个通道滤波器前后各加一个3dB桥;公共多模腔双通道滤波器[2]和Zolotarev带通滤波器[3]等等,各有优缺点。
本文应用单谐振器提取衰减极点的原理和引入有关的交叉耦合的方法,利用一个波导滤波器结构也达到了这个目的。
基本原理为了简单说明这种滤波器的基本原理,以6阶滤波器为例,其等效电路表示在图2。
其中s=1Q0・Bw+j1Bw(ωω0-ω0ω),Q0是谐振腔的无载Q值,Bw是滤波器的相对带宽。
ω是角频率,ω0是滤波器中心角频率。
在忽略了热损耗和对频率、带宽进行归一化以后,s=jλ=j(ω-1ω)。
由(1)式可以列出i6的表达式:i6=Δ1,6Δ=-jλ2λ5(-M21,3M3,4-λ2M1,6+M23,4M1,6)Δ(2)其中Δ为(1)式中阻抗行列式的值。
由于在这里关心的是该电路出现的衰减极点,故不再把它进行展开。
由(1)式的分子可见,i6=0的状态有:(1)λ2=0、λ5=0(3)(2)-M21,3M3,4-λ2M1,6+M23,4M1,6=0(4)第一种状态说明了利用单腔来提取衰减极点的基本原理,表示该电路在第二和第五谐振器的谐振频率上各有一个衰减极点,这种设计技术在以往的产品研制中已经使用过。
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。
微波滤波器设计培训教程-(附加条款版)
微波滤波器设计培训教程一、引言微波滤波器是微波通信系统、雷达系统、电子对抗系统等领域中不可或缺的组成部分。
随着现代通信技术的快速发展，微波滤波器的设计和应用日益受到重视。
本教程旨在为从事微波滤波器设计的工程师和技术人员提供系统的培训，帮助学员掌握微波滤波器的基本原理、设计方法和实际应用。
二、微波滤波器的基本原理1.滤波器的定义与分类滤波器是一种选频元件，用于从输入信号中选出特定频率范围内的信号，抑制其他频率的信号。
根据滤波特性，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
2.微波滤波器的原理微波滤波器利用微波电路的传输特性，实现对特定频率范围内信号的传输或抑制。
其主要原理包括谐振、耦合和阻抗匹配等。
三、微波滤波器的设计方法1.谐振器设计谐振器是微波滤波器的核心部分，用于实现信号的谐振。
谐振器的设计包括谐振频率、品质因数和耦合系数等参数的确定。
常用的谐振器有微带谐振器、介质谐振器和谐振腔等。
2.耦合系数设计耦合系数是描述谐振器之间相互作用的参数，它决定了滤波器的带宽和带外抑制。
耦合系数的设计包括相邻谐振器间的耦合和级联谐振器间的耦合。
3.阻抗匹配设计阻抗匹配是确保微波滤波器在输入和输出端口与外部电路阻抗匹配的过程。
阻抗匹配设计包括传输线匹配、阻抗变换器设计和反射系数优化等。
四、微波滤波器的实际应用1.微波滤波器的应用领域微波滤波器广泛应用于通信系统、雷达系统、电子对抗系统、导航系统等领域。
其主要功能是实现信号的滤波、放大、混频等。
2.微波滤波器的选型与调试根据实际应用需求，选择合适的微波滤波器类型和参数。
在调试过程中，通过调整谐振器、耦合系数和阻抗匹配等参数，实现对滤波器性能的优化。
五、总结本教程系统地介绍了微波滤波器的设计原理、方法和实际应用。
通过学习本教程，学员可以掌握微波滤波器的设计要点，提高实际工程应用能力。
希望本教程能为我国微波滤波器技术的发展做出贡献。
微波滤波器的设计方法1.谐振器设计选择谐振器类型：根据应用需求和频率范围，选择合适的谐振器类型，如微带谐振器、介质谐振器和谐振腔等。
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
《2024年微波滤波器智能优化设计的关键技术研究》范文
《微波滤波器智能优化设计的关键技术研究》篇一一、引言随着无线通信技术的飞速发展，微波滤波器作为无线通信系统中的关键部件，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。
因此，微波滤波器的设计技术成为了研究的热点。
传统的微波滤波器设计方法主要依赖于设计师的经验和专业知识，设计过程繁琐且效率低下。
近年来，随着人工智能技术的发展，智能优化设计方法在微波滤波器设计中的应用逐渐成为研究的新趋势。
本文将重点研究微波滤波器智能优化设计的关键技术，为微波滤波器的设计提供新的思路和方法。
二、微波滤波器的基本原理与现有设计方法微波滤波器是一种用于信号滤波的器件，其主要作用是允许特定频率的信号通过，同时抑制其他频率的信号。
现有的微波滤波器设计方法主要包括传统的模拟电路设计方法和基于软件仿真的方法。
传统的模拟电路设计方法主要依赖于设计师的经验和专业知识，设计过程繁琐且难以实现自动化。
基于软件仿真的方法虽然可以提高设计效率，但往往需要大量的计算资源和时间。
三、微波滤波器智能优化设计的关键技术针对传统微波滤波器设计方法的不足，智能优化设计方法成为了研究的新方向。
智能优化设计方法利用人工智能技术，如深度学习、遗传算法、神经网络等，对微波滤波器的设计进行自动化和智能化。
其关键技术包括以下几个方面：1. 模型构建与训练智能优化设计的首要任务是构建一个准确的模型来描述微波滤波器的性能与结构之间的关系。
这需要利用深度学习等技术，通过大量的数据训练模型，使其能够准确地预测微波滤波器的性能。
此外，还需要对模型进行优化，以提高其预测精度和泛化能力。
2. 优化算法的选择与改进在智能优化设计中，优化算法的选择与改进是关键。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、神经网络等。
针对微波滤波器的设计特点，需要选择合适的优化算法，并对其进行改进，以提高优化效率和精度。
3. 设计空间的探索与评估智能优化设计需要探索不同的设计空间，以寻找最优的微波滤波器设计方案。
滤波微波器件的研究与设计
滤波微波器件的研究与设计滤波微波器件的研究与设计随着通信技术的飞速发展，微波器件在无线通信系统中扮演着越来越重要的角色。
而滤波微波器件作为微波系统中最基本的组成部分之一，对于信号的处理和传输质量具有关键影响。
本文将探讨滤波微波器件的研究与设计，讨论其原理、分类、应用以及未来的发展趋势。
首先，我们来了解一下滤波微波器件的原理。
滤波器是一种能够选择性地通过或者抑制特定频率范围内信号的电路。
在微波频率下，滤波器主要基于电感、电容、电阻和传输线等元件构成。
通过合适的电路设计和参数选择，可以实现对不同频率信号的处理，实现滤波效果。
基于滤波器的功能和特性，可以对滤波微波器件进行分类。
常见的微波滤波器可以分为低通、高通、带通和带阻四种类型。
低通滤波器将低于截止频率的频率通过，而高通滤波器则是将高于截止频率的频率通过。
带通滤波器则能够选择性地通过某个频率范围内的信号，而带阻滤波器则是将特定频率范围内的信号进行抑制。
不同类型的滤波器根据所需的滤波效果来实现信号处理。
滤波微波器件在各个方面的应用广泛。
以通信系统为例，滤波器能够帮助实现频率复用和信号分离，保证通信质量。
在雷达系统中，滤波器能够对回波信号进行处理，提取目标的特征信息。
此外，滤波器还应用于天线系统、无线电频率调谐器等。
在滤波微波器件的设计上，电路参数的选择和优化是至关重要的。
首先，需要确定所需的滤波器类型和频率特性，包括中心频率、带宽、插入损耗、抑制频段等。
然后，根据这些要求选择合适的电感、电容和电阻等元件以及它们的参数。
最后，通过电路仿真和优化，得到满足设计要求的滤波器电路。
未来，滤波微波器件的发展趋势将朝着多功能、低损耗和小型化发展。
随着通信系统对频谱资源的不断需求，滤波器需要具备更好的频率选择性和抑制性能。
同时，对于滤波器的尺寸和重量也提出了更高的要求，以适应无线设备的小型化趋势。
此外，滤波器也需要能够在更广泛的频段范围内工作，以满足多种应用需求。
现代微波电路与器件设计4波导滤波器设计
05年微波年会
Ansoft＋Designer结合设计微波波导系统
作业：完成本课中滤波器的设计。 努力解决出现的问题。
Design Requirements（WR62）
•f0 = 15.35 GHz BW= 32 MHz •S11 < -20 dB •S21 < -40 dB @ f0 ± 40 MHz
优点： • 每一步仅仅有简单结构仿真，速度快； • 每一步仅仅有一个优化变量，收敛快速；
说明1：传统设计与CAD设计
以上步骤也可以没有CAD的参与：由理论分析 得到膜片的等效电路值——并联电感和两段负的传输 线，半波长的谐振腔吸收负的传输线
但是，对于某些形状的膜片解析分析是困难的 和近似的。
说明2：结构、等效电路和模式、场
与文献有差别！ （PEC与有耗材料设置？计算精度？——）
3、传输线段设计
Z0A
K01 Z0
lr
g/2
K12
Z0 g/2
S (dB)
-10
K Z -15
23
0
Z0 Kn,n+1
-20
Denne figuren er IKKE for første resonator
-25
-30
Z0B
1 r 2
r
K01
K01 Z0A
wA
2 g0 g1
K n,n1
K n ,n 1 Z0B
wB
2 gn gn1
Ki,i1
Ki,i1 wi
Z0i Z0,i1
2
1 gi gi1 Example:
wi
gi0 0
2
f f0
K´01=0.0775 K´12=0.0048 K´23=0.0034 K´34=0.0032
微波实验四 滤波器设计
微波实验四滤波器设计一实验目的:*了解微波滤波电路的原理及设计方法。
*学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真二实验内容:*使用ADS软件设计一个微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真。
*根据软件设计的结果绘制电路版图.三技术指标:*通带边界频率与通带内衰减、起伏.*阻带边界频率与阻带衰减.*通带的输入电压驻波比*通带内相移与群时延*寄生通带前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类(高通、低通、带通、带阻等)。
输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。
群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为dΥ/df ，群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真。
寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。
四：滤波器结构原理：平行耦合线带通滤波器的设计下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为二分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振电路。
我们以这种结构的滤波器为例，介绍一下设计的过程。
中心频率处的信号因开路只能往下一级耦合，直到输出形成带通滤波结构。
（注意如何选用控件，如何设置） *设计指标：通带3.0－3.1GHz ，带内衰减小于2dB ，起伏小于1dB ，2.8GHz 以下及3.3GHz 以上衰减大于40dB ，端口反射 系数小于-20dB 。
如S （2，1）参数2.8 2.93.0 3.1 3.2 3.32.7 3.4-50-40-30-20-10-60freq, GHzd B (S (2,1))设计方法：选定5级（左右对称）的平行滤波结构，设定与结构（宽窄W ，长短L ，耦合间隔S ）变量，以滤波器的S 参数作为优化目标进行优化仿真（计算机完成）。
S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21(S12)随频率变化曲线的形状上。
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length2
length1 width2
a/2
b width1
port 1
length2
width3
length1 width1
width2
symmetry boundary
port 2
• 设计优化变量太多 • 仿真计算时间过长，内存需求大 • 可能得到非最优结果
Brian Gray, Ansoft, ”External Optimization Using Ansoft HFSS”, AB053-9905, May 1999. Michael Brenneman, Ansoft, ”AnsoftHFSS V7: OptimetricsTM Case Studies of Optimization and Parametrics”, 1999 HFSS User Workshop
ln LAr 17.37
sin 2n
ak
sin
2k 1
2n
,
k 1,2,, n
bk
2
sin 2
k n
,
k 1,2,, n
g1
2a1
gk
4ak1ak bk 1 g k 1
,
k 2,3,, n
g n1 1 n 奇数
＝coth 2 n偶数 4
频率变换后，带通滤波器原理电路
３、设计思想和ＣＡＤ方法
• 设计思想 • 等效电路 • 设计步骤
• 波导带通滤波器具有多种形式；共同点
为什么采用这样的结构？为什么不用那样的 结构？
• 波导滤波器的通用CAD设计；
模式匹配；FDTD —— HFSS；CST；IE3D
• 复杂结构全波仿真和多变量优化费时费力；
设计思想：电路综合理论和HFSS仿真相结合
波导滤波器设计
1. 波导滤波器概述 2. 波导滤波器形式 3. 设计思想和CAD方法 4. 设计实例
１、波导滤波器概述
• 波导滤波器是传输线滤波器的一种。 • 波导滤波器的特点：低插耗、高功率容量 • 一般的，波导滤波器由不连续处和传输线段组成。 • 两者都可以等效为相应的集总参数元件和电路：
波导不连续结构提供等效电抗； 传输线段等效谐振腔等。
th1
lengt h2 wid
th2
lengt
wid
lengt
h1 wid
th1பைடு நூலகம்
h2 wid
th2
th3
symmetry boundary
a /b port2 1
耦合膜片设计 传输线段设计
设计步骤
1、由滤波器指标得到原型电路：得到K变换器的值； 2、膜片尺寸设计（耦合设计）：使用HFSS优化膜片 尺寸，得到要求的K变换器的值对应膜片的尺寸； 3、传输线尺寸设计（谐振器设计）：得到各传输线段 的长度
说明１：具有倒置阻抗变换器的半波滤波器
低通原型
带通（或其他）
L2 g2
R0 g0
C1 g1
C
3
g3
Cn gn
Rn1 gn1
或
Ln g n Gn1 g n1
Butterworth低通滤波器原型
g0 1
gk
2
sin
2k 1
2n
,
k 1,2,n
g n1 1
Chebyshev低通滤波器原型
K12
K23
Lrn Crn
Kn,n+1
RB
低通到带通
说明２：Ｋ／Ｊ变换器
1/4波长阻抗变换器（阻抗倒置变换器） • 其他形式的阻抗变换器等效电路
感性膜片结构√ 容性膜片结构×
电纳 Ｂ>0
圆波导膜片和等效电路
说明3：传输线等效 传输线段 元件：电容、电阻、谐振腔 变换器：四分之一阻抗变换器
等效电路
waveguide filter (HFSS)
length2
length1 width2
a/2
b width1
port 1
length2
width3
length1 width1
width2
symmetry boundary
port 2
原型滤波器(等效电路)
S B Cohn “Direct-coupled-resonator filters” Proc. IRE pp187-96, Feb 1957
• 结构就是元件，就是电路 • 深层次的原因在于场分布 • 模式不同场不同，等效不同 • 前面等效电路已有论述
如果两个膜片非常近，是 否任然可以分解为单个膜 片加传输线段的电路
• 波导滤波器的模式问题：TE10 • 波导滤波器的性能是两端口TE10之间的 • 波导不连续性结构产生高次模 • 高次模对于主模TE10的作用相当于一个电抗。高
次模时衰减的，而且衰减很快，所以是局部的。
jB
不均性中高次模对于主模相当于jB
２、波导滤波器形式
波导带通滤波器
对称膜片 Symmetrical Diaphragm 纵向/横向条带 Longitudinal/Transverse strips 方柱/圆柱 Square/Circular Posts
一段开路传输线或者短路传输线作为谐振器。
说明4：滤波器分析和综合
分析
响应 • 非唯一
综合
电路
• 特定电路 阶梯LC J/K变换器
设计步骤
Step-by-step procedure
- optimization of one dimension in each step
port 2
lengt h1 wid
L2 C2
L4 C4
Ln1 Cn1
Ln Cn
R0 g0
L1
C1
L3
C3
Rn1
Ln
Cn gn1 或
Gn1 g n1
n 奇数
n 偶数
并联谐振腔电纳斜率，串联谐振腔电抗斜率
j
0C j
1
0Lj
1g j
w
k
0 Lk
1
0Ck
1 gk
w
其中，
w 2 1
0
0 12
低通到带通变换后，带通原理电路，在微波中不易实现。
K 阻抗变换器
K
ZL
Z = K2
IN
ZL
微波滤波器常用结构，阻抗变换器级联串联谐振。
Ｊ变换器和并联谐振回路类同。
或者变换的路径如下：
L2 g2
R0 g0
C1 g1
C3 g3
C
n
gn
Rn1 gn1
或
Ln gn Gn1 g n1
阶梯ＬＣ到 单一元件低通
RA
K01
Lr1 Cr1
Lr2 Cr2
优点： • 每一步仅仅有简单结构仿真，速度快； • 每一步仅仅有一个优化变量，收敛快速；
说明1：传统设计与CAD设计
以上步骤也可以没有CAD的参与：由理论分析 得到膜片的等效电路值——并联电感和两段负的传输 线，半波长的谐振腔吸收负的传输线
但是，对于某些形状的膜片解析分析是困难的 和近似的。
说明2：结构、等效电路和模式、场