现代微波电路与器件设计4波导滤波器设计

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基于mems共面波导腔的带阻滤波器的设计

基于mems共面波导腔的带阻滤波器的设计

基于mems共面波导腔的带阻滤波器的设计

共面波导腔(CPW)是一种在微波和毫米波领域广泛使用的传输线。由于其结构简单、方便制作和外部耦合等优点,已经被广泛应用于射频(RF)和微波集成电路(MIC)中。在这篇文章中,我们将设计一种基于MEMS共面波导腔的带阻滤波器。

首先,我们需要了解一些基本的概念。带阻滤波器是一种能够在指定频段内抑制信号的电路。我们可以利用CPW来制作这种带阻滤波器。MEMS技术则提供了制作高性能带阻滤波器所需的精密加工和微调功能。

为了设计CPW带阻滤波器,需要对滤波器的特性进行分析。对于一个理想的带阻滤波器,它应该在带通频段内具有低损耗,并在带阻频段内表现出高反射和高抑制。我们希望能够设计一个带阻滤波器,使其在指定的带阻频段内具有高抑制。同时,我们还需要考虑到该滤波器的带宽和插入损耗等性能指标。

根据上述需求,我们可以采用和端口旁路(PBS)叠加的方法来实现带阻滤波器。PBS 是MEMS技术中常用的一种微波器件,其结构如图所示:

[图片]

在这种结构中,PBS器件由两个矩形贴片组成,通过连接在一起的电极制成。当两个贴片未对准时,输入信号将从端口输入并输出,因此成为旁路。当两个贴片对准时,输入信号将被反射回去,因此成为分路器。通过微调两个贴片的位置,我们可以控制PBS的反射系数,从而影响整个滤波器的性能。

利用PBS器件,我们可以设计一个带阻滤波器,如下图所示:

在这种结构中,带通反馈网络和PBS器件串联,共同形成带阻滤波器。我们可以通过微调PBS器件来实现滤波器的阻带频率和抑制程度。

波导器件材料的制备及应用研究

波导器件材料的制备及应用研究

波导器件材料的制备及应用研究

1.引言

波导器件是一种电器元件,它利用介电或磁性材料对电磁信号

进行控制和传输。波导器件广泛应用于通信、雷达、微波热成像、太阳能电池和微波功率放大器等领域,是现代电子技术中不可缺

少的元件之一。

波导器件的制备与应用需要涉及到材料科学、微电子学、物理

学等方面的知识和技术。本文将从材料制备、器件设计和应用研

究三个方面,探讨波导器件材料的制备及应用研究现状和发展趋势。

2.波导器件材料的制备

2.1 传统材料制备方法

波导器件的材料需要具备良好的介电性能和机械性能,常见的

有瓷介质、气体玻璃、聚合物和硅基材料等。传统的制备方法通

常包括干燥、热处理、成型和烧结等几个步骤。例如,瓷介质的

制备通常需要先制备材料浆料,通过压制、放干和烧结等工艺步

骤制成预定形状的块状或片状材料。

2.2 现代材料制备方法

传统的材料制备方法不仅工艺复杂,而且生产成本较高。在现

代材料制备方法中,常用的是化学合成和电化学制备方法。例如,聚苯胺和氧化石墨烯复合材料可以通过化学还原法制备而来。通

过这种制备方法,可以制备出精细的微纳米结构材料,具有更优

异的性能。

3.波导器件的设计和应用

3.1 器件设计

波导器件的设计需要考虑到材料的介电性质和电性质以及其加

工工艺等方面。常见的波导器件设计包括波导线和微波电路,这

些器件设计涉及到微观电子学、电磁学和信号传输等领域的知识。

3.2 应用研究

波导器件的应用研究主要涉及到通信、雷达、微波热成像、太

阳能电池和微波功率放大器等领域。例如,在通信领域,波导器

件可用于构建通信系统、调制解调器、收发器和微波滤波器等。

滤波器设计-4

滤波器设计-4

使用耦合矩阵得到的增益函数,带入各零点和极 点,求代价函数K。
优化耦合矩阵各参数的值 价函数逼近零。
,使代
35
例1-微带滤波器
36
例1-梳状滤波器
设计指标:
37
选用滤波器结构
38
四腔准椭圆函数滤波器等效电路
K Z=K14+d14*(F/f r-1) P=c/(4*F)
1 /( 2 *p i*fr 1 ) F a r a d 1 /( 2 *p i*fr 1 ) H
22
广义Chebyshev滤波器带外特性
23
等波纹广义Chebyshev函数的最优性
常规的Chebyshev滤波器综合具有“最优特性”,用反证法 可以证明广义Chebyshev函数滤波器同样具有最优特性,而 且比一般Chebyshev更全面。即,具有带外等波纹特性的广 义Chebyshev滤波器具有“最优特性”。
4阶椭圆函数通过舍去带外零点修正得到准椭圆函数。 此时带内最大值和最小值仍然为1和-1,无需修正。
18
4阶椭圆函数与准椭圆函数带内曲线比较
19
椭圆函数与准椭圆函数滤波器的区别
20
一般Chebyshev函数及其滤波器设计
21
广义Chebyshev函数
一般Chebyshev函数的优势为:
一在于其N 个传输零点的任意性,位于轴上的零点成为了相应函 数有限传输零点,而不在轴上的零点则影响传输的群时延特性; 二是保持了常规Chebyshev函数的带内等波纹特性; 三是由于零点的任意性,左右带外特性可以不对称。

电子设计中的射频滤波器设计方法

电子设计中的射频滤波器设计方法
在设计射频滤波器时,需要根据耦合矩阵理论来分析不同 端口之间的耦合关系,并优化滤波器的结构和参数,以实 现所需的频率响应和性能指标。
03
射频滤波器设计方法
微带线滤波器设计
总结词
微带线滤波器是利用微带线结构实现电磁波的传输和过滤的一种滤波器。
详细描述
微带线滤波器具有体积小、易于集成、易于调整等优点,广泛应用于微波和毫米 波频段的通信系统、雷达系统等领域。微带线滤波器设计过程中需要考虑传输线 特性、阻抗匹配、耦合强度等因素,以实现良好的滤波效果。
高性能指标
随着无线通信技术的发展,射频滤波器需 要覆盖更广泛的频率范围,以满足不同频 段的需求。
为了提高通信系统的性能,射频滤波器需 要具备更高的性能指标,如更陡峭的过渡 带、更低的插入损耗等。
小型化与集成化
低成本与高可靠性
随着电子设备尺寸的不断减小,射频滤波 器也需要实现小型化和集成化,以适应现 代电子设备的需求。
神经网络优化技术
神经网络是一种模拟人脑神经元结构的计算模型,通 过训练和学习来逼近复杂的非线性函数。
在射频滤波器设计中,神经网络可以用来预测和优化 滤波器的性能,通过输入滤波器的结构和参数,输出
预测的频率响应和性能指标。
神经网络优化技术能够处理非线性问题和高度复杂的 系统模型,具有很高的灵活性和适应性,为射频滤波
04
现代射频滤波器设计技术

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。

微波滤波器设计培训教程

微波滤波器设计培训教程

• 从以下图(a)只有一种电抗元件的低通原型出发, 经过低通到带通的频率变换,即可得到所需要的 设计公式。
• 图〔b〕是经过图〔a〕的频率变换得到的, 图中的Lrj,Crj是第j个谐振器并联的电感和电 容, j01 是个谐振器间的导纳变换器,用他 们是并联的谐振器相互耦合起来,从而构 成了带通滤波器。
现有移动通信系统主要使用频段
2. CDMA (Code-Division Multiple Access)码分
多址 • 频率范围 • 上行:824MHz-849MHz; • 下行:869MHz-894MHz。 • 目前中国联通CDMA使用的频率为 • 上行:825MHz-835MHz; • 下行:870MHz -880MHz
f0
BW
f f0
f
0
f
• 我们将f0=830MHz,f=845MHz或者F=815MHz带 如以上公式可得:Ω=2.994
• 通过前面的图表可以查出谐振器的数目n=5, 这与 我们通过软件仿真得出的幅频响应曲线是根本符 合的。
• 插入损耗的计算: • L≈4.34×f0×∑gn /〔BW×Q〕
滤波器的四种形式
• 低通滤波器
低通滤波器电路原型
滤波器的四种形式
• 高通滤波器
滤波器的四种形式
• 带通滤波器
• 带通滤波器电路原型
滤波器的四种形式

微波器件原理与芯片设计方法

微波器件原理与芯片设计方法

微波器件原理与芯片设计方法

1. 微波器件原理:微波器件是一种用于发射、接收和处理微波信号的设备。它们利

用微波频率范围内的电磁波进行信号传输和处理。其中一些常见的微波器件包括微波天线、微波变压器、微波滤波器、微波隔离器等。

2. 微波器件的工作原理是基于微波电磁波与器件内部结构之间的相互作用。微波天

线通过与电磁波的相互作用来收集和辐射微波信号。微波滤波器则利用滤波器中的微波波

导和谐振结构实现对特定频率的信号的选择性传输。

3. 微波器件的芯片设计方法包括射频(RF)电路设计和微波波导结构设计。射频电路设计主要涉及微波信号的放大、调制和混频等。微波波导结构设计则包括天线阵列的设计、滤波器的设计等。

4. 在微波器件的芯片设计中,需要考虑到器件的工作频率范围、功率传输损耗、阻

抗匹配和稳定性等因素。对于高功率微波器件,需要设计合适的冷却结构以避免过热。

5. 微波器件的芯片设计需要使用专门的电磁仿真软件,例如ADS、HFSS等。这些软件允许设计师模拟和优化微波器件的性能。

6. 在芯片设计过程中,需要考虑到微波器件布局的紧凑性和封装布局的可靠性。布

局要考虑到微波信号的传输路径和器件之间的相互影响。

7. 微波器件的芯片设计还需要考虑到射频电磁波的传播特性,以避免信号的传输损

耗和干扰。

8. 微波器件的芯片设计常常需要进行多次模拟和优化。设计师需要通过改变器件的

尺寸、材料以及层次结构等参数来优化器件的性能。

9. 微波器件的芯片设计方法还需要考虑到微波电路元件的制造技术。不同的制造工

艺可以有效地影响微波器件的性能。

微波滤波器的综合与设计

微波滤波器的综合与设计

III
南京邮电大学硕士学位论文
摘要
摘要
现代通信技术的发展,要求微波滤波器有更好的频率选择性能包括:带内插损尽可能的 低、带外抑制尽可能的陡峭、通带相位特性更趋近于线性等等。广义的切比雪夫函数为传输 函数的滤波器具有了切比雪夫函数滤波器和椭圆函数滤波器的优点,能够达到限定的指标要 求,同时交叉耦合滤波器引入了有限频率处的传输零点,在改善了滤波器的性能的同时没有 增加滤波器的体积,从而以切比雪夫函数为传输函数的交叉耦合滤波器在通信网络中广泛应 用。 本文综合研究了广义切比雪夫函数滤波器的设计理论及其在滤波器设计中的实现。首先 是根据等效电路模型得出其对应的网络特征函数,计算得到对应的导纳函数,根据导纳函数 和广义切比雪夫函数的传输函数得到归一化的耦合矩阵;然后根据滤波器的传输零点和传输 极点之间的关系,确定广义切比雪夫函数滤波器的传输零点的位置。同时,本文还进行了耦 合矩阵的综合 ,对可实现的拓扑结构的耦合矩阵进行相似变换消元。接着给出了从实际微波 电路中提取耦合系数的方法,给出具体的设计实例进行验证。最后给出了交叉耦合滤波器的 设计流程, 并在同轴腔体和基片集成波导中实现了交叉耦合滤波器的设计,验证了前面理论可 行性。
关键词:
广义切比雪夫函数,交叉耦合,耦合矩阵,相似变换,传输零点
I
南京பைடு நூலகம்电大学硕士学位论文
Abstract
Abstract

ADS仿真

ADS仿真

ADS仿真:微带滤波器的设计

微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号, 使其不能通过滤波器, 只让需要的信号通过。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,因此如何设计出一个具有高性能的滤波器,对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小,重量轻、频带宽等诸多优点,近年来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,因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。

1 微带滤波器的原理

微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器,而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄,虽然不能满足所有的应用场合,但是由于它设计简单,因此在某些地方还是值得应用的。

2 滤波器的分类

最普通的滤波器的分类方法通常可分为低通、高通、带通及带阻四种类型。图12.1给出了这四种滤波器的特性曲线。

按滤波器的频率响应来划分,常见的有巴特沃斯型、切比雪夫Ⅰ型、切比雪夫Ⅱ型及椭圆型等;按滤波器的构成元件来划分,则可分为有源型及无源型两类;按滤波器的制作方法和材料可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。

3 微带滤波器的设计指标

微带滤波器的设计指标主要包括:

1绝对衰减(Absolute attenuation):阻带中最大衰减(dB)。

波导滤波器设计

波导滤波器设计

耦合膜片设计 传输线段设计
length2 width2 length1 width1
symmetry boundary
port 2
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; 、由滤波器指标得到原型电路:得到 变换器的值 变换器的值; 2、膜片尺寸设计(耦合设计):使用HFSS优化膜片 、膜片尺寸设计(耦合设计):使用 ):使用 优化膜片 尺寸,得到要求的 变换器的值对应膜片的尺寸 变换器的值对应膜片的尺寸; 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 、传输线尺寸设计(谐振器设计):得到各传输线段 ): 的长度 优点: 优点: • 每一步仅仅有简单结构仿真,速度快; 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; 每一步仅仅有一个优化变量,收敛快速;
width1
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 仿真计算时间过长, • 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

现代滤波器设计讲座(4-3)

现代滤波器设计讲座(4-3)
由于TE01 模式的场分布和低损耗特性,对高 峰值功率应用来说介质谐振器工作在TE01 模 式一种理想的选择。高功率介质谐振器已经通 过100W的测试,测试结果表明介质谐振器滤 波器具有非常好的交调特性。 支撑材料和粘结材料的热传导率是设计高功率 介质谐振器滤波器的重要因素。支撑结构被设 计来允许介质谐振器内部产生的热量非常容易 地传导到滤波器空间以外。
Fra Baidu bibliotek
选用介质谐振器类型和模式
介质谐振器选用1/4环形谐振 器。工作模式TE01模。
电场
磁场
选择的拓扑结构
腔体激励与耦合
实测结果
承受功率500W
低插入损耗梳状介质滤波器
滤波器拓扑结构
Fig.2 (a) SCHEMATIC DIAGRAM (PLAN-VIEW) OF THE FOURTH ORDERELLIPTIC FILTER USING DIELECTRIC LOADED COMBLI NE RESONATORS. (b) THE ACTUAL FILTER.
现代滤波器设计讲座(四)
介质滤波器
电子科技大学 贾宝富 博士
序言
在过去的10多年里用于制作介质谐振器和介质滤波器的高 介电常数介质材料有了令人瞩目进展。在材料的介电常数、损 耗和温度稳定性等方面都有了很大提高。同时,价格也不断降 低。所以,介质谐振器、介质滤波器和介质天线被广泛应用于 通讯、雷达和导航等领域。在基站用滤波器领域,同轴谐振腔 滤波器的统治地位正受到来于自介质滤波器的挑战。2004年, Raafat R. Mansour在IEEE Microwave Magazine上撰文预 测,在未来5年之内,介质滤波器将会占有基站滤波器市场很大 的份额。因此,重视基站用介质滤波器技术的发展,掌握基站 用滤波器设计与制作技术是非常重要的。

波导滤波器设计

波导滤波器设计

等效电路
waveguide filter (HFSS)
length2 length2 width2 length1 width1 width3
a/2 b length1 width2 width1 port 1
symmetry boundary
port 2
原型滤波器(等效电路) 原型滤波器(等效电路)
π wλB
2 gn gn+1
λgi0 f wλi = λ f 0 0
2、耦合设计 、 WR62波导:15.799mm*7.899mm 波导: 波导
Z0A K01 Z0
S21 = 2 jK′ j K′
d
do
Coupling S21 (dB) 1 -16.14 2 -40.40 3 -43.47 4 -43.93 5 -43.47 6 -40.40 7 -16.14
S B Cohn “Direct-coupled-resonator filters” Proc. IRE pp187-96, Feb 1957
说明1 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) 带通(或其他)
′ L2 = g 2
′ R0 = g0
′ C1 = g1
′ C3 = g 3
g2 g0 g1 g3
Example: f0 = 15.35 GHz BW= 32 MHz S11 < -20 dB S21 < -40 dB @ f0 ± 40 MHz

微波滤波器设计培训教程

微波滤波器设计培训教程

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。

4、波导滤波器设计

4、波导滤波器设计

kπ bk = γ 2 + sin 2 , k =1,2,L, n n
频率变换后, 频率变换后,带通滤波器原理电路
L2 R0 = g0 C2 L4 C4 Ln−1 Cn−1 Rn+1 = gn+1 或 Ln Cn Gn+1 = gn+1 L 1 C1 L3 C3 Ln Cn
n 奇数
width1
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 仿真计算时间过长, • 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
说明1:传统设计与 说明 :传统设计与CAD设计 设计 以上步骤也可以没有CAD的参与:由理论分析 的参与: 以上步骤也可以没有 的参与 得到膜片的等效电路值——并联电感和两段负的传输 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 但是, 和近似的。 和近似的。

《微波滤波器的设计》课件

《微波滤波器的设计》课件

传输线参数:包 括阻抗、相位常 数、衰减常数等
传输线匹配:实 现信号的无反射 传输,提高传输 效率
滤波器技术参数
插入损耗:滤波器对信号的 衰减程度
带宽:滤波器允许通过的频 率范围
频率范围:滤波器能够工作 的频率范围
阻抗匹配:滤波器与信号源 和负载的阻抗匹配程度
滤波器类型:低通、高通、 带通、带阻等
优化实例分析
实例1:使用低通滤波器 优化信号传输
实例2:使用带通滤波器 优化信号接收
实例3:使用高通滤波器 优化信号处理
实例4:使用带阻滤波器 优化信号隔离
优化结果评估与改进
评估标准:滤波器性能、成本、尺寸等 评估方法:仿真、实验、对比分析等 改进措施:优化设计参数、改进制造工艺、更换材料等 改进效果:提高滤波器性能、降低成本、减小尺寸等
微波滤波器的应用场景
通信系统:用于接收和发射信 号,提高信号质量
雷达系统:用于接收和发射信 号,提高雷达性能
电子战系统:用于干扰和反干 扰,提高电子战能力
航空航天系统:用于通信、导 航和定位,提高系统稳定性和 可靠性
03
微波滤波器设计基础
传输线理论
传输线类型:包 括波导、同轴线、 微带线等
传输线方程:描 述传输线中电磁 波的传播特性
优化求解
粒子群优化算 法:模拟鸟群 觅食行为,通 过群体协作求

滤波器设计有哪些步骤?

滤波器设计有哪些步骤?

滤波器设计通常包括以下步骤:明确设计要求:确定滤波器的类型、频率范围、阻带衰减要求、插入损耗限制等,以及所需的性能指标和参数。确定滤波器结构:根据设计要求,选择适合的滤波器结构,如低通、高通、带通、带阻等。常见的滤波器结构包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器等。计算滤波器系数:根据设计要求和所选定的滤波器结构,计算滤波器的系数。这一步通常需要运用数学和数字信号处理的基本原理,如傅里叶变换、拉普拉斯变换等。优化滤波器性能:根据设计要求和计算出的滤波器系数,优化滤波器的性能,包括调整滤波器的阶数、调整系数的值等。实现滤波器:将计算出的滤波器系数应用于实际的信号处理中,实现滤波器的功能。这一步通常需要编写代码或使用相应的软件工具。测试与验证:对实现的滤波器进行测试和验证,确保其性能符合设计要求。测试过程中可以使用仿真信号或实际信号,通过比较滤波前后的信号,评估滤波器的性能。总之,滤波器设计是一个复杂的过程,需要综合考虑设计要求、滤波器结构、性能优化和实现等多个方面。在实际应用中,还需要根据具体情况选择合适的算法和工具进行滤波器设计。

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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

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
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

Ln gn Gn1 g n1
阶梯LC到 单一元件低通
RA
K01
Lr1 Cr1
Lr2 Cr2
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
th1
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
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。
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;
wenku.baidu.com
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
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
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
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
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
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
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
• 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
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