金属同轴腔滤波器设计要点
滤波器技术2
C、磁耦合方式
对于c中的磁耦合方式，一般适用于窄带滤波器，结 构可靠性高，但装配不方便。
磁耦合形式可以理解为一种互感的形式,左边 为源，右边为谐振器，那么耦合强弱，可以 看作为谐振回路在左边源回路面积内的磁通 量的大小。就象实际中的增高接地抽头的高 度或者缩小接地抽头和谐振杆直接的距离都 能够增大源回路的面积，所以源回路上磁通 量变大，耦合变强
END
F<F0 F>F0
1-2-3
1-3
-90+90-90=-90
+90 相位不一致
-90-90-90=-270
+90 相位一致
当低于通带频率通过此环路时，相位相差180deg，所以在 通带左侧产生传输零点。
下面分析一个传统的容性交叉耦合的CQ结构(四个一组)产生零点的位置 -90
4 +90
3
±90 -90
F<F0 1-2-3-4 1-4 -90+90-90+90-90=-90 -90 相位一致 F>F0 -90-90-90-90-90=-90 -90 相位一致
当低于或者高于通带频率的信号通过此环路时，相位都一 致，因此不会产生传输零点，但会改善群时延的平坦度。
前面分析的是常用的级联形式CT和CQ结构的零点位置，下面我们分
Te01d模介质滤波器内部磁场耦合回路
交叉耦合
由于通信技术的发展，对滤波器只要的要求越来越苛 刻，对抑制要求的提高，同时对插损的要求也越来越 高。这就要求在滤波器设计中尽量减少节数，但同时 尽量提高带外衰减，必须在滤波器带外产生一些传输 零点来达到提高衰减的目的
5腔加零点数目与衰减关系 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 1950 2000 频率(MHz) 2050
同轴腔体滤波器设计入门-无交叉耦合结构
同轴腔体滤波器设计入门-无交叉耦合结构同轴腔体滤波器设计入门（无交叉耦合结构）仿佛记得射频铁三角是功率、频率、和阻抗。
涉及射频电路设计，总是离不开这三个要素。
那么在滤波器的设计中最关键的因素是什么呢？答案是谐振和耦合。
无论什么样的滤波器，终归离不开谐振和耦合。
以通信系统中常见的同轴腔体带通滤波器为例，谐振就是单腔的谐振，对于对称结构而言，单腔的自耦合为零，换句话说，每一个腔体都谐振在该带通滤波器的中心频率上。
同轴腔体滤波器的单腔可以被看作是一个由同轴传输线和分布电容构成的并联谐振器。
那么很容易理解，在谐振频率的时候，并联谐振器的对地阻抗为无穷大，即满足Z0tan（Bd）=1/wC的条件。
此时，信号可以无衰减的从一个腔耦合到下一个腔。
什么又是耦合呢，耦合指的是谐振器之间电磁场的相互作用，耦合包括级间耦合和输入输出耦合。
对于无交叉耦合的结构来说，级间耦合仅仅包涵非相邻腔之间的耦合。
对于级间耦合，需要理解阻抗变换器的概念，我记得《现代微波滤波器的结构与设计》上有句话是这么描述的，一个理想的阻抗变换器，好像是工作在任意频率上的四分之一波长变换线一样。
换句话说，一个理想的级间耦合在任意频率上都是四分之一波长的。
并不依赖于频率而存在。
实际中的耦合当然不是这样，腔间主耦合常常是磁耦合，而交叉耦合滤波器有时会用到电耦合。
那么通过电路仿真会发现，电耦合和磁耦合对于带外抑制的影响是不同的。
地址：深圳市南山区西丽镇新光路工业区10栋4楼腔间耦合为磁耦合时，阻带高端的抑制度会优于阻带低端。
而电耦合时，恰恰相反。
这是因为磁耦合和电耦合都是依赖于频率的，它们仅仅通带的在中心频率处可等效为四分之一波长线。
而带外则稍有差异。
造成了抑制度的差异。
那么腔间的耦合如何识别呢。
在HFSS中可以通过电磁场来判断腔间耦合。
磁耦合的情况下，在对称面上磁场是连续的，电耦合的情况下呢，对称面上电场是连续的。
这是一种很简单的方法适合初学者。
而对于一个有经验的设计者对于常用的耦合都非常熟悉，可以凭经验判断出耦合的方式。
滤波器设置原则及相关计算
滤波器设置原则及相关计算滤波器是一种常见的信号处理工具，通过对输入信号进行滤波以提取所需信息或去除干扰噪声。
在实际的应用中，滤波器的设置原则和相关计算十分重要，正确的设置可以有效地提高滤波器的性能，进而提高系统的整体性能。
滤波器的设置原则：1.确定滤波器类型：根据所需的滤波效果，选择合适的滤波器类型，如低通、高通、带通、带阻等。
2.选择滤波器参数：根据信号的频率、幅度等特征选择滤波器参数，如截止频率、带宽、阻带范围等，以满足所需的滤波效果。
3.确定滤波器阶数：滤波器的阶数是指滤波器中反馈环和前向通路的数量，阶数越高，滤波器的效果越好，但同时也会带来更多的计算复杂度和延迟。
4.根据系统实际情况确定滤波器的输入和输出阻抗：滤波器的输入输出阻抗需要匹配系统的实际情况，在滤波器与其他部分连接时，应该将阻抗进行匹配以提高系统的整体性能。
滤波器的相关计算：1.计算滤波器的理论传递函数：滤波器的理论传递函数可通过计算系统的差分方程得到，根据系统的阶数、截止频率等参数进行计算，得到滤波器的理论传递函数。
2.计算滤波器的实际传递函数：实际上，制造和设计的滤波器在实际应用中存在着误差和偏差，因此需要通过实验或仿真等方式，得到滤波器的实际传递函数，以验证滤波器是否满足预期效果。
3.计算滤波器的群延迟：滤波器引入的群延迟会导致信号的相位变化，影响系统的整体性能，因此需要计算滤波器的群延迟，并尽可能地减小群延迟。
4.根据设计要求计算滤波器的阻抗、带宽等参数：根据所需的滤波效果，计算合适的阻抗、带宽、截止频率等参数，以满足设计要求。
总之，滤波器的设置原则和相关计算需要综合考虑滤波器的类型、参数、阶数、输入输出阻抗以及实际应用情况，经过合理的设计和计算，可以有效地提高滤波器的性能，从而提高系统的整体性能。
在使用滤波器的过程中，除了设置原则和相关计算以外，还需要进行一系列的优化和调试，以满足应用实际需求。
滤波器的优化和调试：1.选择合适的滤波器结构：滤波器的结构会影响滤波器的效果和计算复杂度，可以根据实际需求选择合适的结构，如IIR（无限冲激响应）滤波器、FIR（有限冲激响应）滤波器、卷积神经网络滤波器等。
同轴腔带通滤波器设计
同轴腔带通滤波器设计叶 晔摘 要：带通滤波器的应用前景非常的广阔。
本课题详细的分析了同轴腔体带通滤波器，腔体之间的耦合系数通过利用响应函数求导，讨论了同轴谐振腔所具有的电磁特性，主要包括谐振频率、具有耦合结构的谐振腔和外部Q 等。
应用分析软件即三维全波分析软件，分析了耦合系数、耦合窗与腔体结构参数之间的关系。
以这种结合的方法即路和场的仿真、优化相结合,从而分析出了滤波器的耦合和输入输出结构参数。
关键词：滤波器；带通；同轴Abstract:In this paper, we analyze the coaxial cavity band-pass filter. And we can get the result between different cavity by using the derivative of response function. In addition, we also research the electromagnetic properties of the coaxial resonator which inchudes resonant frequency, coaxial cavity with the coupling structure and extemal Q paremeter. We can use computer software to analyze the coupling result, coupling window and the relationship of the cavity parameters. And we also can simulate and optimize the electromagnetic properties to get the proper result of the filter.Key Words : filter; band-pass; coaxial1. 引言由电磁振荡而产生的不同频率的电磁信号始终在我们的周围存在着，而只有特定的装置阻止那些无用的频段选取某些频率，来满足我们对于某些特定频率的需求，滤波器就是能够满足我们这种需求的一种装置。
腔体滤波器设计参数
腔体滤波器设计参数
腔体滤波器是一种常见的微波滤波器，用于在微波频段实现信号的选择性过滤。
腔体滤波器的设计参数包括中心频率、带宽、插入损耗、群延迟、阻抗匹配、尺寸和材料等。
首先，中心频率是腔体滤波器设计的关键参数之一，它决定了滤波器能够通过的频率范围。
中心频率的选择应该与应用场景和信号频率相匹配，通常通过腔体的尺寸和电磁模式来确定。
其次，带宽是指滤波器在中心频率附近的频率范围，决定了滤波器的频率选择性能。
带宽的选择需要考虑到信号的带宽需求以及滤波器的实际工作条件，通常通过腔体的谐振模式和传输线的特性来实现。
插入损耗是指信号通过滤波器时所损失的功率，是衡量滤波器性能好坏的重要指标之一。
设计腔体滤波器时需要尽量降低插入损耗，可以通过优化腔体结构、选择合适的材料和加工工艺来实现。
群延迟是指信号通过滤波器后引起的相位延迟，对于时域要求严格的应用，群延迟的稳定性和低波动性是重要考虑因素之一。
阻抗匹配是指滤波器输入输出端口与外部电路之间的阻抗匹配，设计时需要考虑端口的阻抗特性以及传输线的匹配网络，以确保滤
波器与外部电路之间的良好匹配。
此外，腔体滤波器的尺寸和材料也是设计参数中需要考虑的重
要因素。
尺寸和材料的选择会影响到滤波器的工作频率范围、功耗、制造成本等方面。
综上所述，腔体滤波器的设计参数涉及到中心频率、带宽、插
入损耗、群延迟、阻抗匹配、尺寸和材料等多个方面，设计时需要
综合考虑这些参数，并根据具体的应用需求进行合理的选择和优化。
求同轴腔体滤波器设计举例
求同轴腔体滤波器设计举例发布: 2009-4-01 20:37 | 作者: champion888 | 来源: 微网- 国内最大的微波论坛社区给定参数，怎样确定腔数，单腔尺寸，相邻腔间开口尺寸，端口耦合形式怎么确定？参数例如中心频率：2G 3db带宽：150M 40db带宽不大于240M 插损：不大于3db 也许参数设立的不好，就是想要了解下设计的步骤elex (2009-4-01 23:35:36)以下过程是耦合谐振滤波器的设计过程。
其他类型的滤波器可能不适用。
1.先从巴特沃斯函数或者切比雪夫函数出发，（我一般采用切比雪夫），选定阶数和波纹，可以查表或者计算得到g0，g1，g2，...，gn+1。
计算很简单，按照函数定义写过小程序就能完成，就不用随手放着滤波器手册里。
或者你有Ansoft Designer的话，用它的滤波器综合工具，也可以很容易得到g值，并可以看到滤波器综合的效果。
如果感觉性能不达标，还可以马上修改参数。
2.通过g值和相对带宽可以计算出滤波器的外部Q值和耦合系数。
相对带宽dw=bw/f0，bw是绝对带宽，f0是中心频率。
Qe=g0*g1/dw，kij=dw/sqrt(gi*gj)。
Qe是外部Q值，kij是第i腔和第j腔之间的耦合系数。
外部Q值与首尾两个腔的对外耦合机构有关，耦合系数是两个腔体之间耦合强弱的度量。
至于怎么测量，或者仿真Qe和k值，看《Microstrip Filters for RF Microwave Applications》一书。
3.将第2步确定的各个单腔组合起来，形成完整的滤波器。
但是这时候的滤波器指标肯定是很差的，因为单腔或者两腔仿真时忽略了多个腔之间的影响。
剩下的事情就是耐心的调整滤波器的各个物理参数，以求达到设计指标了。
这个是最花时间的。
由参数到同轴腔体滤波器的设计步骤发布: 2009-3-27 23:03 | 作者: champion888 | 来源: 微网- 国内最大的微波论坛社区毕设在做同轴腔体滤波器设计，刚刚接触，现在看了一些资料，但是各知识点是杂散的，没有形成一套体系！！还不能由参数求出腔体的腔数，单腔的尺寸，耦合系数，腔与腔之间开口大小~~~本人菜鸟，跪求一同轴腔体例题的设计步骤，越详细越好wangjiafu1985 (2009-3-27 23:50:41)不知对楼主是否有用,只百度到了这一个可用的信息还只能在快照里看.以下来源于百度快照:/c?m=9d78d ... e2933645&user=baidu同轴腔体滤波器的设计陆思明2008 年8 月一、滤波器的分类二、滤波器的应用三、滤波器的主要指标四、滤波器的设计五、设计举例1 、按其幅度频率特性可分为LPF HPF BPF BEF2 、按处理的信号形式可分为、和等。
滤波器设计要点
滤波器设计要点滤波器设计步骤：1.根据设计的要求选择合适的函数类型（常用的有巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔、椭圆）2.一般滤波器使用巴特沃斯滤波器，三角波、方波等对相位要求比较高的时候使用贝塞尔滤波器，要求截止比较陡峭的时候使用切比雪夫滤波器或椭圆滤波器。
3.根据要求来设定截止频率，在规定的截止频率下，设计之后一定要看响应图，看截止频率特性等是否符合题目的要求。
（需要特别注意的，在有源滤波器中，贝塞尔滤波器的截止频率并不是其3DB点）带通滤波器的中心频率为上下两截止频率的乘积再开方。
4.确定类型和频率后选择合适的滤波器器件。
分为有源、无源、滤波器专用有源芯片、开关电容有源滤波器。
选择合适的器件设计尤其重要，尽量选择专用的芯片进行设计，若要求频率固定则可使用专用的有源滤波器芯片，若频率不固定则使用开关电容滤波器进行设计。
5.可使用滤波器设计软件来设计，有源、无源滤波器使用Filter Solutions；滤波器专用芯片有专门的设计软件（UAF42/MAX275/LT1568），其中凌特的芯片有自己的设计软件Filter CAD。
滤波器类型：主要的滤波器芯片：1.UAF42：通用有源滤波器主要特点：可设计类型：低通、高通、带通、带阻函数类型：巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫频率范围为：0 to 100kHz设计软件：UAF42专用设计软件2.MAX274/275：通用有源滤波器主要特点：可设计类型：低通、高通、带通、带阻函数类型：巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫频率范围为：MAX274：100 to 150kHz；MAX275：100 to 300kHz设计软件：MAX274/275专用设计软件3.LTC1562：通用有源滤波器主要特点：可设计类型：低通、高通、带通、带阻函数类型：巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫、椭圆频率范围为：Four 2nd Order Filter Sections, 10kHz to 150kHz Center Frequency 设计软件：Filter CAD备注：简单好用，精度较高4.LT1568：通用有源滤波器主要特点：可设计类型：低通、带通函数类型：巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫、椭圆频率范围为：200kHz to 10MHz Center Frequency设计软件：LT1568专用设计软件备注：轨对轨输入输出;频率高；频率不够准确，电阻硬应微取大一点。
腔体滤波器设计参数
腔体滤波器设计参数
腔体滤波器是一种常用于信号处理的滤波器，它利用腔体的共振特性来滤除特定频率的信号。
设计腔体滤波器时，需要考虑以下几个参数。
1. 中心频率：腔体滤波器的中心频率是指滤波器对信号进行滤波的中心频率。
中心频率的选择取决于所需滤波的频率范围。
对于窄带滤波器，中心频率通常选择在信号的频谱中心。
2. 带宽：带宽是指在中心频率附近允许通过的频率范围。
带宽的选择取决于所需滤波的频率范围和滤波器的应用。
较窄的带宽可以提高滤波器的选择性，但可能导致信号衰减。
3. 增益：增益是指滤波器在中心频率处对信号的放大或衰减程度。
增益可以用来调节滤波器的输出信号强度，以适应系统的需求。
4. 阻带衰减：阻带衰减是指滤波器在中心频率附近对非理想频率的信号的衰减程度。
阻带衰减的大小取决于滤波器的设计和制造质量。
5. 相位响应：相位响应是指滤波器对输入信号的相位特性的影响。
良好的相位响应可以保持信号的相位准确性，避免引入额外的相位失真。
腔体滤波器的设计参数包括中心频率、带宽、增益、阻带衰减和相位响应。
根据具体的应用需求和信号特性，可以灵活选择这些参数，
以实现滤波器的设计目标。
设计一个良好的腔体滤波器，需要综合考虑这些参数，并进行合理的优化和调整，以满足实际应用的要求。
滤波器设计
滤波器设计滤波器是一种电子电路元件，用于对信号进行滤波处理，将特定频率范围内的信号通过，而抑制其他频率范围的信号。
滤波器在通信系统、音频系统、图像处理以及各种电子仪器仪表等领域广泛应用。
滤波器的设计过程需要考虑以下几个方面：滤波器类型选择、设计规格确定、频率响应计算、滤波器电路设计、频率响应测量和性能评估。
首先，选择合适的滤波器类型。
滤波器可分为线性相位和非线性相位滤波器，常见的滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
选择合适的滤波器类型需考虑信号的频率范围以及带通或带阻的需求。
设计规格确定是滤波器设计中的重要一步。
根据具体应用需求，确定滤波器的通带、阻带和过渡带的频率范围。
确定这些规格对后续的设计有重要的指导作用。
频率响应计算是滤波器设计中的核心内容。
根据设计规格以及选择的滤波器类型和结构，计算滤波器的理想频率响应。
常用的方法有脉冲响应、传输函数和模拟滤波器设计等。
滤波器电路设计是将理想频率响应转化为具体的电路元件数值和连接方式的过程。
具体的电路设计可以借助计算工具如MATLAB、SPICE等进行辅助设计。
滤波器电路设计中需要根据实际误差情况进行电路参数的微调和优化。
频率响应测量是评估滤波器实际性能的重要方法。
根据设计要求和实际需求，选择合适的测量方法和仪器设备进行测量。
常见的频率响应测量方法有扫频法、递增信号法和功率谱分析法等。
性能评估是滤波器设计的最后一步。
通过与设计规格进行对比，评估滤波器的实际性能是否符合设计要求。
如果性能不符合要求，需要进行优化和调整。
总的来说，滤波器设计是一个复杂而又繁琐的过程，需要考虑多个方面的因素。
滤波器设计的精确性和性能要求决定了设计过程的难易程度和工作量。
但是，通过合理的设计方法和工具的应用，可以有效提高滤波器的设计效率和设计质量。
金属同轴腔滤波器设计
金属同轴腔滤波器设计金属同轴腔滤波器设计摘要近年来随着移动通信导航技术和电子对抗的快速发展对现有微波元器件的需求和性能的改进都提出了很高的要求同轴腔体带通滤波器作为微波带通滤波器中应用最广的一种滤波器具有功率容量大插入损耗低寄生通带远等特点在现代无线通信数字电视广播卫星导航遥测遥感和雷达等系统中得到了广泛的应用本文对同轴腔体带通滤波器做了详细的分析分析讨论了同轴谐振腔的电磁特性主要包括谐振频率谐振腔的耦合结构和外部品质因数等利用响应函数得到腔体之间的耦合系数应用三维全波仿真软件分析了腔体结构参数与耦合系数和耦合窗的关系最后论文给出了同轴腔滤波器设计实例测试结果性能良好符合设计指标要求关键词微波滤波器带通滤波器同轴谐振腔全波仿真分析With the rapid development of mobile communication system the quality of microwave components is becoming more and more important As a microwave band-pass filter coaxial cavity filter is widely applied in modern wireless communication and radar systems for its high power capacity low insertion loss and far spurious pass-bandBased on the research of coaxial filter the electromagnetic properties of coaxial cavity resonator are proposed in the paper including resonant frequency coupling structure and external Q of the cavities The coupling coefficient of filter can be getting by utilizing response function The width of coupling windows and in-putout-put coupling lines are acquired by full wave simulation and optimization At last a coaxial cavity filter is designed and measured which has perfect performances and is satisfied with the technical specificationsKey Words microwave filter band-pass filter coaxial resonator full wave simulation一绪论 111 前言 112 常见的滤波器形式 113 国内外发展现状 3二滤波器的基本概念521 滤波函数 522 微波滤波器参数 623 低通滤波器到带通滤波器的转换7 三同轴腔带通滤波器的设计831 滤波器的设计步骤832 滤波器的设计方法8com 前言8com 设计指标9com 参数计算933 仿真与测试10com 仿真10com 实物加工与测试12总结14参考文献15一绪论11 前言随着通信广播雷达测量遥感空间技术和电子对抗技术等的逐步发展从米波段一直到毫米波段以至更广阔的波段上微波滤波器在雷达信号处理通信等不同电路系统的传输变换处理和收发中有广泛应用[1]随着导航技术和移动通信电子对抗的快速发展同时对改善现有器件的性能和对未开发的微波元器件提出更高更严谨的需求是必要的尤其是在无线电通信频率资源日益紧张的今天不同通信系统能够获得的频率范围越来越窄从而使得对于无源器件尤其是那些前端使用毫米波微波收发信机的器件的性能优劣提出了更高层次的要求为的是前端系统降低对信号的衰减使不同的干扰信号得到抑制另外由于新工艺新材料的逐步发展以及迅速发展的半导体先进技术新的RF模块不断不出现使得研制毫米波微波RF有源电路的周期渐渐缩短且高度集成小体积的电路正在逐步发展[2]因此研制小体积高性能的无源器件减少设计无源器件的周期是目前毫米波微波通信等相关领域的重要步骤之一1915年在德国 K W Wagner 创新发明了一种以新的滤波器设计方法--瓦特纳滤波器与此同时在美国G A Canbell则开创了另一种知名的设计方法--图像参数法间隔两年LC滤波器在两国分别由两位科学家发明出来1918年第一个多路复用系统在美国问世自此以后科研人员便开始积系统而全面的对使用集总元件电容和电感的滤波器进行理论研究随着滤波器的设计理论不断的深入研究材料领域的不断发展以及工作频率的日益升高使得由原先的集总参数元件滤波器的设计逐渐扩展到分布参数元件滤波器的设计[3]1939年P D Richtmeyer报道了介电滤波器因为当时材质的温度稳定性不够高这样就导致该种滤波器不足以应用于实际直到1970年左右因为陶瓷材料有较快的发展介电滤波器在实际中应用也随即得到了较快的发展目前20世纪年代出现的高温度临界超导材料被认为很大可能应用于设计出极小尺寸和极低损耗的新颖滤波器并且现在已经在商业和军事领域使用[4]12 常见的滤波器形式在现代无线电系统中包括各种移动通信电子对抗雷达系统等的发展同时促进了微波器件的发展其中微波滤波器是现代毫米波微波通信技术中一个极其重要的部分[5]是毫米波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量近年来随着滤波器结构的不断发展与更新因为应用环境的不同伴随出现了各种不同结构的滤波器1 集总参数滤波器根据滤波器原型电路最简单最直接的结构是采用集总参数的电感电容元件直接搭建滤波器电路可以采用分立元件也可以采用集成电路集总参数滤波器的元件Q值较低[6]在10GHz频段的Q值大约为100-200这比较适合于低频信号的滤波由于现代移动通讯频率都比较高所以很少采用这类滤波器2 微带线带状线滤波器众所周知布参数传输线可以等效为电感或电容因此选用合理尺寸的传输线组合可以构成滤波器电路最为常用的是微带线和带状线结构可以很方便地制成印制板造成本低廉[7]在结构设计上主要有三种方式梳状线线卡线这类滤波器的特点是结构紧凑阻带宽容易制造缺点是Q值低10GHz时Q值为150-200插入损耗大滤波特性一般适用于小功率滤波场合一些小功率指标要求低的的干线放大器中有使用3 同轴腔体滤波器腔体滤波器因其通带插入损耗低阻带抑制性高承受较大功率调谐方便等特点在通信系统中也应用广泛[8]其中同轴腔体具有高Q值损耗特性电磁屏蔽和小尺寸等优异特点但是如果在10GHz以上使用时由于其物理尺寸很微小所以制作精度很难达到同轴腔形式的带通滤波器广泛应用于雷达通信等系统按照腔体结构不同一般分为标准同轴腔方腔同轴等4 波导滤波器波导型滤波器是一种经常使用的无源微波滤波器特别是在高频段大功率的天线馈电系统中波导型滤波器能够发挥巨大的作用波导腔体带通滤波器本质是一种选择频率电路应用在雷达电子战通信等设备的微波设备中它易于连接馈电装置适合应用于较高功率的情况下并且具有良好的性能在信号的电平较小时它一般都是用在8GHz到100GHz的范围内[9]这种滤波器的主要功能应用是在通频带插入损耗和失真较小的情况下使阻带的选择性能够得到足够的提供比如说在使用微波接收机时不需要的带外信号被带通滤波器滤除掉为了使前段噪声的特性得到保持在使用微波发射机时不需要的频率谱被滤波器减小使得发射机的噪声不能传递到接收机在不同的微波多工器上此种滤波器也得到应用但是它最大的缺点是其尺寸大小显然比其他可应用在微波段的谐振器大随着微波技术的迅猛发展天线系统日趋复杂对波导型滤波器的需求更大范围更广同时也对其性能提出更高要求5 介质滤波器介质滤波器分为两种一种TEM模式它和传输线型滤波器原理相同只不过尺寸更小在400NHz-5GHz频率范围内的Q值为200-800其插入损耗比较大滤波特性也比较差一般只在性能要求低的中频滤波中采用另一种为TE01δ模介质滤波器其Q值非常高10GHz的Q值可以达到10000以上900MHz时的Q值约为22000这种滤波器兼有小尺寸和低损耗的特点[10]直到现在TE01δ模介质滤波器仍然是国际学术界研究非常活跃的课题并且已经在卫星通讯移动通讯中获得了成功的应用随着技术的不断进步和工艺材料的不断改进TE01δ模介质滤波器在电气性能上远远超过了以往任何滤波器的水平在大容量移动通讯系统中为了充分利用频率资源相邻信道或收发通道频率间隔非常小如果采用传统滤波器其损耗大得难以接收如两个相邻CDMA载频的滤波合路则必须采用介质滤波合路方式才能做到既有效抑制相邻信号所谓干扰又能不增加太多的插入损耗可以预见在未来的3G系统中TE01δ模介质滤波器将会得到大量的应用在下一代移动通信的基站中对基站的重量和体积都有十分严格的控制因此必须减小滤波器的重量和体积与此同时不能降低滤波器的性能在工艺材料和微波技术发展至今的情况下制造这些微波滤波器选用高Q值低损耗具有一定介电常数的陶瓷材料加载介质谐振腔是一种必然经过理论和实践方面的长期努力和积累已经将这种介质谐振腔滤波器应用在移动通信系统中而且会有很好的前景伴着滤波器技术的不断完善其他各种新型滤波器如SAW滤波器陶瓷介质滤波器SIR滤波器微波有源器件等也开始应用于各种通信系统中[11]13 国内外发展现状20年代初出现的载波电话系统使得在电信领域内引发了一场伟大的技术革命从而迎来了电信历史的新纪元它的快速发展促成了在检出信号和特定频带提取的新兴技术的发展这种技术慢慢的发展成为现在的滤波器技术从电信早期的发展中可以看出电路中滤波器发挥着极其重要的作用而且随着通信技术不断的发展而取得进展早期耦合谐振器滤波器的综合理论基于Cohn的研究成果主要针对同步调谐的级联谐振器滤波器设计这种结构的传输零点在无限远处只能实现切比雪夫或巴特沃斯型响应并未涉及广义切比雪夫型响应1970年Atia和Wiiliams提出了可实现有限频率传输零点的耦合谐振器滤波器综合通用理论[12]根据该理论通过解析方法可以得到小于四阶的耦合谐振器滤波器耦合拓扑结构国外最早解决办法主要有以Cameron在1999年提出来的相似变换Amari在2000年提出的优化法为代表两条技术路径前者基于矩阵旋转理论通过一系列矩阵相似变换在保证耦合矩阵特征值和特征向量不变的前提下将不需要的矩阵元素消零但这种方法仅限于特定耦合拓扑结构折叠规范型后来一些学者在此基础上给出了常见的拓扑结构的耦合矩阵旋转方法该方法计算效率高精度高但是不同结构需要不同的旋转顺序和步骤并不能得到任意拓扑结构的耦合矩阵因此结合多种方法对滤波器拓扑结构进行综合已是大势所趋国内有报道采用遗传算法优化提取耦合谐振器滤波器的耦合矩阵近年来J S HongM J LancansterMing Yu等也在微波滤波器与双工器的综合方面做出非常重要的贡献[1314]七十年代初期我国的老一代微波专家甘本祓吴万春等在前人研究的基础上对微波滤波器的设计理论和方法进行了补充和完善为我国微波滤波器的研究奠定了良好的基础80年代中后期的研究相关文献报道较少90年代有见零星报道进入21世纪后这已经在国内成为研究热点中国空间技术研究院的吴须大研究员对同轴腔滤波器与微放电腔体滤波器与低气压放电等问题进行了细致的分析[15]电子科技大学的贾宝富西安电子科技大学的梁昌洪李刚等在微波滤波器双工器和多工器研制上做出了一些探索并取得了一系列的成果二滤波器的基本概念21 滤波函数理想的低通滤波器的衰减特性如图21 a 所示即在ω＝0到ω1的频率范围内衰减为零称为通带在ωω1的范围内频率衰减为∞称为阻频带Ω为角频率大小ω1称之为截止频率大小显而易见有限个元件数目的电抗网络的频率衰减特性必是一个连续函数必然不会在某一固定的频率上突变像这种理想的滤波特性是无法用有限个元件的电抗网络来实现而实际中的滤波器只能通过逼近函数来逼近理想滤波器的衰减特性所以在滤波器综合设计时第一步是要确定一个无限接近理想频率衰减特性的滤波函数然后再依据第一步得到的逼近函数综合出具体的电路结构实用中有三种滤波函数使用最广泛各对应的滤波器称为最平坦型切比雪夫型和椭圆函数型滤波器它们的衰减特性如图 21 b c d 所示理想特性 b 最大平坦型逼近c 切比雪夫型逼近d 椭圆函数型逼近图2-1 常用逼近函数最大平坦型响应最大平坦型低通原型滤波函数为2-1它有四个指标参数通带内的最大衰减用LAr表示截止频率ω1阻带内的最小衰减用LAs表示以及阻带的边频用ωs表示为了让获得的梯形电路通用于对各不相同的ω1和ωs的低通滤波器可以使用归一化的频率于是其衰减函数为 2-2综合低通滤波器过程为首先通过四个指标参数LArω1LAsωs确定常数ε和n从而可以求得需要的滤波函数再次根据第一步得到的这个函数利用前面介绍的网络综合法来确定低通滤波器原型的梯形电路各元件值和结构ε是当ω1时计算通带内的最大衰减LAr得到的即n可以通过带外最小衰减获得2-3切比雪夫型响应切比雪夫的低通原型滤波函数为2-4切比雪夫函数多项式为Tn ω在ω 01之间是余弦函数因此衰减在ω 01之间出现的时等波纹的变化在ω 1时Tn 1 1LAr达到其最大值即2-52-6LAr是波纹幅度ε是波纹的因数在通频带内最小的衰减频率为零而当ω 1时即阻带内时Tn ω是一个双曲余弦函数若在阻频带ωs上阻频带的衰减为LAs则有2-7椭圆函数响应由图21 d 可见由于椭圆函数滤波器的阻带衰减极点不全在无限远处因而用这种滤波器可得到很陡的截止率图中LAr是通带最大衰减LAs是阻带最小衰减ω1是通带带边频率ωs是阻带带边频率考虑n阶椭圆函数型低通变换器衰减特性得到2-8其中Fn是含有模为K的函数22 微波滤波器参数1带宽Bandwidth通带的3dB带宽flowfhigh2中心频率fc或f03截止频率下降沿3dB点频率4插入损耗insertion loss当滤波器与设计要求的负载连接通带中心衰减5带内波纹绝对衰减Absolute attenuation阻带中最大衰减dB6品质因数uality factor中心频率与3dB带宽之比7反射损耗Return loss23 低通滤波器到带通滤波器的转换要依据低通的滤波器设计出一个带通的滤波器它的截止频率是ω1和ω2频率需要进行较复杂的变换使低通原型滤波器的频率变量ω’与带通滤波器的频率变量ω符合下面公式2-9式中ω2是带通滤波器高端的截止频率ω1是其低端的截止频率ω0为中心频率通常令ω2-ω1称为该滤波器中的通频带ω2-ω1 ω0称为该滤波器中的相对通频带W2-10 根据母型低通滤波器换算带通滤波器电路元件变得更加复杂母型滤波器的电感应改为LC串联电路它的电感Lk和电容Ck与母型的电感保持以下关系2-11 2-12母型滤波器的电容应改为LC并联电路它的电容Ck1 和电感Lk1 与母型的电容保持以下关系2-13 和都可以从母型低通滤波器的元件表上查得三同轴腔带通滤波器的设计31 滤波器的设计步骤滤波器的设计步骤为1 确定滤波器的类型和实现方式根据技术指标要求确定滤波器的类型和实现方式包括低通高通带通还是带阻的确定使用何种逼近函数模型体实现形式选择用微带线同轴线还是用波导等实现2 确定滤波器的阶数n根据技术指标要求逼近函数模型确定滤波器的阶数n主要取决于带内插损带外抑制以及所选择的衰减逼近函数模型即元件数n是由衰减特性曲线决定的可以通过查表可以得到也可以通过一些公式计算得到3 查表得到低通滤波器原型的各元件值其余三种滤波器可以从低通滤波器原型通过函数转换得到一般滤波器都是对称设计的也就是说知道一半的元件值就可以了4 使用电路仿真软件仿真使用电路仿真软件仿真是为了优化电路各元件的值5 使用场仿真软件仿真场仿真和实际相差较小所以一般都会使用仿真软件来确定最终的设计6 实物加工与调试32 滤波器的设计方法com 前言滤波器的设计当前有两种不同的出发点一种出发点是镜象参数法这种方法是过去人们一直用来设计滤波器的经典办法此方法的好处是它理论依据很简单但在分析的过程中不会考虑到外接负载对滤波器的影响是它的缺点本文主要采用另外一种方法故镜象参数法不作详细介绍另一种出发点是综合法又称为插入损耗法此方法是近些年以来采用的很普遍的设计方法此方法的步骤是依据需求的技术参数得到插入损耗Li与频率ω的所决定的关系函数再依据这个关系函数推导出具体的相应的电路结构因此第二种方法是第一种方法的相反过程此方法应用网络理论推求出具体的电路反之镜象参数法是根据已知的电路参数拼凑出符合要求的电路结构设计准确是第二种方法的最突出优点并且设计时将外界负载时的影响已经考虑进去从而不用进行多次试探因为要用到比较难的网络理论这就使设计难度增大这是它的缺点尽管如此因为只要设计出满足指定参数要求的母型滤波器以后的设计步骤就成了简单的读图查表和使用数学方法数据将换算即可相比较镜象参数法综合法要比其更加实用com 设计指标设计指标通带频率1785-1800MHz fL--fU插入损耗≤20dB回波损耗≥15dB带外抑制1700-1755MHz 30dB1805-1830MHz≥20dB1830MHz≥30dB输入功率50W工作温度范围-3575℃接口类SMA F 特性阻抗50Ωcom 参数计算经过带通滤波器到低通原型的变换可以得到低通原型的带外抑制3-1由低通原型的带外抑制要求可以得到滤波器的级数n3-2根据技术指标由以上公式算得n 5由低通原型滤波器的级数n 求解其集总参数电路中各元件的归一化值根据公式算得元件的归一化值如表31所示表3-1 元件归一化值g0g1g2g3g4g5g610000137121146819750137121146810000由低通原型中各元件的归一化值求解同轴腔体之间各耦合系数以及端口的有载Q值根据公式由技术指标要求得到K12 K45 00067K23 K34 00051QL 13704由滤波器级数指标要求f0和耦合系数MR确定腔体物理结构以及耦合腔体开窗的尺寸33 仿真与测试com 仿真1单腔1 建立本征模求解模型图3-1 单腔模型图表3-2 单腔模型尺寸单位mm腔高腔宽腔长内圆柱半径外圆柱半径内圆柱高外圆柱高82627523759792 仿真图3-2 谐振频率与谐振柱高度关系曲线由图3-2可知当h 790mm时谐振频率f0 17925GHz 2双腔1 建立本征模求解模型图3-3 双腔模型图2 仿真图3-4 窗口宽度与耦合系数的关系曲线从图3-4得出w12 940时K12 00051w12 882时K12 00067 由仿真计算得到的数据如表3-3所示表3-3 尺寸图单位mm12腔L12W12H12X12K12w12R12r1227526830006788237223腔L23W23 H23 X23 K23 w23 R23 R23 275 2683 00051 940 37234腔L34 W34 H34 X34 K34 w34r34 275 2683 00051 940 37245腔L45 W45 H45 X45 K45 w45 R45 r45 275 26800067882372说明表3-3中LWH为单腔的长宽高X是腔与腔之间的壁厚rR分别是圆柱腔的内外半径com 实物加工与测试1 实物根据仿真结果加工制作了如图3-5所示的实物图3-5 滤波器实物图图3-5中1是滤波器输入端2是耦合窗口调谐螺钉3是腔体调谐螺钉4是固定螺钉5是滤波器输出端2根据加工的实物在网络分析仪上进行调试其测试结果如图3-6所示设计目标为通带17851800MHz内S21≥-20dB回波损耗IL≥15dB带外抑制18051830MHz≤-20dB17001755MHz或1830MHz≤-30dB实测结果为通带内S21为-12dB 回波损耗IL为18dB带外抑制18051830MHz为-25dB17001755MHz为-34dB1830MHz为-359dB经过以上分析可知实际测试结果完全符合设计目标要求总结滤波器是现代移动通信等领域不可或缺的基本器件其性能的优劣往往会直接影响整个通信系统的质量在采用各种形式的滤波器中带通滤波器是所有滤波器中使用最多最重要也是最难设计的一种滤波器本论文设计的是18GHz同轴腔带通滤波器前两章介绍了滤波器的研究现状和基本概念理论第三章详细阐述了同轴腔带通滤波器的设计步骤和方法通过参数计算得出了滤波器的阶数理论耦合系数和品质因数由Ansoft HFSS软件仿真出了和理论计算相对应的谐振频率f0和耦合窗口宽度w12等参数并由最终的仿真优化结果设计出了符合技术要求的同轴腔带通滤波器经过网络分析仪调试属于可以应用于实际的合格滤波器通过本次论文设计使我对滤波器的设计和HFSS软件的应用有了较深入的了解为以后在这方面的深入学习奠定了基础参考文献[1] 姚毅等调谐微波滤波器的腔间耦合结构研究[J]微波学报 1994 01 12-15[2] 姜宇等基于HFSS密度测量同轴谐振腔磁耦合环优化设计[J]哈尔滨商业大学学报2010 05 10-14[3] 吴微微波滤波器综合技术的研究[D]西安电子科技大学 2008211-220[4] 贾守礼同轴腔体带通滤波器的研究[D]大连海事大学 2011198-210[5] 姚毅腔体滤波器中侧面耦合孔的等效模型[J]四川轻化工学院学报1994 04 6-8[6] 薛欣同轴腔滤波器机电耦合研究及双圆极化天线设计[D]西安电子科技大201077-85[7] 杨皎皎TD-SCDMA准椭圆函数腔体带通滤波器的设计[D]西安电子科技大学 2007157-163[8] 熊莹霞可调腔体带通滤波器的研究与设计[D]华东师范大学200588-102[9] 王一凡等广义切比雪夫滤波器等效电路参数的提取[J]真空电子技术2007 01 10-13[10] 邓贤进等微波腔体滤波器的快速设计及仿真[J]微波学报2006 04 13-15[11] 郑泽国800MHZ同轴腔体双工器的研制[D]西安科技大学 201165-80[12] 吴边无线通信中微波滤波器的比较设计法与应用研究[D]西安电子科技大学20089208-214[13] 甘本袚等现代微波滤波器的结构与设计[M]上册北京科学出版社 1974[14] 甘本袚等现代微波滤波器的结构与设计[M]下册北京科学出版社 1974[15] 吴须大等同轴腔滤波器与微放电[J]空间电子技术20008 4 6-9。
怎样设计一个有效的滤波器
怎样设计一个有效的滤波器滤波器是信号处理领域的重要工具，用于去除信号中的不需要的频率成分，保留感兴趣的频率内容。
设计一个有效的滤波器需要考虑信号特性、滤波器类型、滤波器参数等多个因素。
本文将介绍几种常见的滤波器设计方法，并提供设计滤波器的步骤和技巧。
一、引言滤波器在电子、通信、音频等领域有广泛的应用。
有效的滤波器设计可以提高系统性能，满足信号处理需求。
本文将介绍如何设计一个有效的滤波器。
二、滤波器设计方法1. 滤波器类型首先确定所需滤波器的类型。
常见的滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
根据信号的频率成分和需求选择合适的滤波器类型。
2. 过渡带宽和截止频率确定滤波器的过渡带宽和截止频率。
过渡带宽是指滤波器从通频带到截止频率的频率范围。
截止频率是指滤波器开始衰减的频率。
3. 滤波器阶数滤波器的阶数决定了滤波器的陡峭程度和频率响应特性。
一般来说，阶数越高，滤波器的性能越好，但设计和实现的复杂度也会增加。
4. 滤波器参数选择选择滤波器的参数，包括通带增益、衰减因子和相位响应等。
根据具体的应用需求确定参数的取值范围。
三、滤波器设计步骤1. 确定滤波器类型和需求：根据信号处理需求和信号特性选择合适的滤波器类型，并确定截止频率和过渡带宽。
2. 设计原型滤波器：根据滤波器类型和参数，设计原型滤波器，如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等。
3. 频率变换：通过频率变换将原型滤波器转换为所需滤波器。
常见的频率变换方法有高通到低通变换、低通到高通变换等。
4. 阶数选择和参数调整：根据设计要求和性能需求选择合适的滤波器阶数，并对滤波器参数进行调整，以满足设计需求。
5. 实现和验证：利用设计的滤波器参数，实现滤波器设计，并进行验证和测试，确保设计满足要求。
四、滤波器设计技巧1. 灵活应用不同滤波器类型：根据实际需求，选择最适合的滤波器类型，如巴特沃斯滤波器适用于平滑频率响应，切比雪夫滤波器适用于快速衰减等。
滤波器的设计和调试技巧
滤波器的设计和调试技巧滤波器在信号处理和电子电路中起着重要的作用，它可以消除干扰和噪声，提取所需信号。
在设计和调试滤波器时，以下是一些重要的技巧和注意事项：1. 确定需求：首先要明确滤波器的目标和需求，例如滤除哪些频率范围的信号、保留哪些频率范围的信号等。
这有助于选择合适的滤波器类型和参数。
2. 确定滤波器类型：常见的滤波器类型包括低通、高通、带通和带阻滤波器。
根据需求选择适当的滤波器类型，并了解其特点和工作原理。
3. 选择滤波器参数：滤波器的参数包括截止频率、通带增益、衰减系数等。
根据需求和系统要求选择合适的参数，并对其进行合理的估计。
4. 滤波器设计方法：根据所选的滤波器类型和参数，可以采用不同的设计方法，如模拟滤波器的巴特沃斯、切比雪夫、椭圆等设计方法，数字滤波器的FIR、IIR等设计方法。
选择适当的设计方法，保证设计的性能和稳定性。
5. 模拟滤波器的设计：对于模拟滤波器，可以通过电路设计软件进行模拟和优化。
根据所需的频率响应，选择合适的电路拓扑结构，优化电路元件的数值和布局，进行仿真验证。
6. 数字滤波器的设计：对于数字滤波器，可以通过MATLAB等软件进行设计和仿真。
选择合适的滤波器结构，根据所需的频率响应设计滤波器的传递函数，进行数字滤波器的实现和优化。
7. 滤波器的调试：完成滤波器设计后，需要进行调试和验证。
可以通过输入不同的信号，并观察输出的频谱和波形，验证滤波器的性能是否满足需求。
如果有问题，需要进行调整和优化。
8. 附加电路的考虑：在滤波器设计和调试过程中，需要考虑一些附加电路的因素，如阻抗匹配电路、抗干扰电路等。
这些电路可以提高滤波器的性能和稳定性。
9. 熟练使用仪器设备：在滤波器的调试过程中，合理使用示波器、信号发生器、频谱分析仪等仪器设备，可以更好地对滤波器的性能进行测试和分析。
10. 反馈和改进：设计和调试滤波器是一个循序渐进的过程，可能需要多次调整和优化。
根据实际应用中的反馈信息和需求，不断改进和完善滤波器的设计。
同轴腔体滤波器强耦合方法
同轴腔体滤波器强耦合方法同轴腔体滤波器是一种常见的电子滤波器，它利用同轴腔体结构将输入信号与输出信号进行耦合和滤波。
强耦合方法是一种对同轴腔体滤波器进行设计和优化的方法，它可以提高滤波器的性能和效果。
本文将详细介绍同轴腔体滤波器强耦合方法的原理、设计和优化。
一、同轴腔体滤波器的基本原理同轴腔体滤波器由输入端口、输出端口和一个或多个腔体组成。
当输入信号进入同轴腔体时，它会与腔体中的谐振模式耦合。
这种耦合使得只有特定频率范围内的信号能够通过滤波器，其他频率的信号会被滤除。
输出端口接收经过滤波的信号。
二、强耦合方法的原理强耦合方法是一种调整同轴腔体滤波器谐振频率和带宽的方法。
在传统的同轴腔体滤波器设计中，谐振模式是通过调整腔体的几何形状和尺寸来实现的。
而强耦合方法则通过调整耦合结构和谐振结构之间的耦合强度来实现。
强耦合方法的基本原理是通过增加耦合结构和谐振结构之间的物理耦合，进而增强信号的能量传递和耦合效应。
这样可以实现更强的调控和调谐能力。
强耦合方法的核心思想是通过改变腔体内部的电场和磁场分布来调整腔体的特性。
三、强耦合方法的设计和优化步骤1.建立模型：首先需要建立同轴腔体滤波器的模型，包括耦合结构和谐振结构。
可以使用电磁场仿真软件进行模拟和分析。
2.优化耦合结构：通过调整耦合结构的几何形状和尺寸，来改变电场和磁场的分布。
可以通过增加或减小耦合结构的长度、高度、宽度等参数来优化耦合结构。
3.优化谐振结构：通过调整谐振结构的尺寸和位置，来改变电场和磁场的分布。
可以通过增加或减小谐振结构的直径、厚度、位置等参数来优化谐振结构。
4.优化耦合强度：通过调整耦合结构和谐振结构之间的距离和角度，来优化耦合强度。
可以通过增大或减小耦合结构和谐振结构之间的距离、调整它们的相对位置等来优化耦合强度。
5.仿真和分析：使用电磁场仿真软件对优化的同轴腔体滤波器进行模拟和分析。
通过观察谐振频率、带宽、损耗等参数的变化来评估滤波器的性能和效果。
金属同轴腔滤波器设计要点
金属同轴腔滤波器设计摘要近年来，随着移动通信、导航技术和电子对抗的快速发展，对现有微波元器件的需求和性能的改进都提出了很高的要求。
同轴腔体带通滤波器作为微波带通滤波器中应用最广的一种滤波器，具有功率容量大、插入损耗低、寄生通带远等特点,在现代无线通信、数字电视广播、卫星导航、遥测遥感和雷达等系统中得到了广泛的应用。
本文对同轴腔体带通滤波器做了详细的分析，分析讨论了同轴谐振腔的电磁特性，主要包括谐振频率、谐振腔的耦合结构和外部品质因数等。
利用响应函数得到腔体之间的耦合系数。
应用三维全波仿真软件,分析了腔体结构参数与耦合系数和耦合窗的关系。
最后论文给出了同轴腔滤波器设计实例，测试结果性能良好，符合设计指标要求。
关键词：微波滤波器带通滤波器同轴谐振腔全波仿真分析1ABSTRACTWith the rapid development of mobile communication system, the quality of microwave components is becoming more and more important. As a microwave band-pass filter, coaxial cavity filter is widely applied in modern wireless communication and radar systems, for its high power capacity, low insertion loss and far spurious pass-band.Based on the research of coaxial filter, the electromagnetic properties of coaxial cavity resonator are proposed in the paper, including resonant frequency, coupling structure and external Q of the cavities. The coupling coefficient of filter can be getting by utilizing response function. The width of coupling windows and in-put/out-put coupling lines are acquired by full wave simulation and optimization. At last, a coaxial cavity filter is designed and measured, which has perfect performances and is satisfied with the technical specifications.Key Words: microwave filter band-pass filter coaxial resonator full wave simulation目录一绪论 (1)1.1前言 (1)1.2常见的滤波器形式 (1)1.3国内外发展现状 (3)二滤波器的基本概念 (5)2.1滤波函数 (5)2.2微波滤波器参数 (7)2.3低通滤波器到带通滤波器的转换 (7)三同轴腔带通滤波器的设计 (8)3.1滤波器的设计步骤 (8)3.2滤波器的设计方法 (8)3.2.1前言 (8)3.2.2设计指标 (9)3.2.3参数计算 (9)3.3仿真与测试 (10)3.3.1仿真 (10)3.3.2 实物加工与测试 (13)总结 (14)参考文献 (16)一绪论1.1 前言随着通信、广播、雷达、测量、遥感、空间技术和电子对抗技术等的逐步发展，从米波段一直到毫米波段以至更广阔的波段上，微波滤波器在雷达、信号处理、通信等不同电路系统的传输、变换处理和收发中有广泛应用[1]。
传统的滤波器一般是利用金属同轴腔体实现金属同轴腔体由于自身
介质滤波器介绍
传统应用的滤波器一般是由金属同轴腔体实现（实现原理如图1所示），金属同轴腔体由于自身材料损耗的原因，在限定腔体尺寸的情况下，无法取得很高的品质因数（Q值），导致各项性能指标都受到了限制，即使在金属表面采取一定的表面处理，也无法取得令人满意的结果。
图1 腔体滤波器实现结构原理
在欧美以及日本等发达国家，频率应用非常密集，导致了普通金属腔体滤波器不能实现高抑制的系统兼容问题，而采用介质材料来制作腔体滤波器就从根本上解决了上述问题，介质滤波器抛弃了传统的金属腔体，采用了一种高Q值的陶瓷介质材料（如图2所示），大大减小了腔体自身的损耗，提高滤波器的各项性能，特别是在相邻较近的频带能实现高抑制要求，而对插入损耗指标影响很小。
相比传统金属腔谐振器，介质滤波器具有插损小、高抑制、温度漂移特性好的特点，而且功率容量和无源互调性能都得到了很大的改善。
介质滤波器作为一款新型的无源射频器件，代表着高端射频器件的发展方向，凭借其优良的性能，势必会在民用通信领域中拥有为广阔的应用空间。
图2 介质滤波器
而介质滤波器应用到的介质谐振子不是自然界存在的，必须进行人工合成制作，需要通过各种材料，按照一定的比例铸压成为目前我们使用的介质谐振腔，制作工艺复杂也就导致了其价格要远大于
一般金属腔体滤波器。
另外，由于需要实现高Q值的谐振腔体实现需求，而且介质滤波器的体积也明显大于传统滤波器（如下图所示）。
850MHz频段的传统金属腔滤波器与介质滤波器比较
目前国内各个设备供应商都在积极的研发新型的介质滤波器产品，但是受到介质滤波器的技术难度以及开发成本高等各因素的限制，介质滤波器的应用不是十分广泛。
滤波器设计小结
滤波器设计小结作为滤波器的初学者，可能和我都一样有一个通病----这个东西要怎么设计。
其实在开始的时候问这个问题都可以理解，谁不想很快的成为一个设计师呢？（我做的比较有限，只是做的同轴的和波导的还有点别的形式的滤波器）要想解决这个问题首先要做的就是增加自己的调试技巧和看书---《现代滤波器的结构与设计》。
调试技巧不是一时半会就可以得来的，需要不断地总结，有时候就是可意会不可言传的东西。
如果你是一个设计师，不要去追求一个滤波器调试好了要多少时间，时间的长短并不能决定你是不是一个高水平的设计师，只能证明你是否是一个熟手的调试工人。
当然，作为合格的设计师，调试的功底应该是比较强的，强的定义就是别人调不到的，自己可以通过合理地对滤波器内部的改装和调试来实现。
现在说说影响滤波器的常见因素吧。
滤波器实现最重要的功能就是滤波，那么决定滤波器滤波性能最重要的就是节数了，就是公式中的n。
同样的F0，BW，和驻波比的情况下，n越多，那么它对带外同一个点的抑制也就越强了。
所以有的人总是问：你们滤波器的抑制可以做到多少？什么叫多少呢，理论上要多少都是可以的。
所以希望搞系统的可以给以明确的指标，不要问别人能不能做得到。
现在继续说n的事。
当滤波器的节数增加了，必然带来信号的损耗加大。
在滤波器的表现就是插损的增加。
打个比方就是信号好比是河里的水，河道越长，那么水流损失的也越严重。
既然说到了损耗，必然要考察减少滤波器损耗的方法了。
减小损耗的方法最重要的就是增加Q值，具体的方法就是镀银。
因为在高频的情况下，信号会有趋肤效应，镀银达到了一定的程度就可以等效为纯银导体了，而银的导电能力是金属界的NO.1，就很容易理解为什么镀银可以减小滤波器的插损了。
另外的一个方法就是加大滤波器的体积。
同样的比方就是河流，河道的渗漏少了，自然运输的水就越多，河道里大水量和小水量的情况下损失同样的水，必然大水量的损耗小。
很多人问，要多少的n才可以满足给的技术指标呢，这个的话就要看书了，书中有详细的解释。
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金属同轴腔滤波器设计摘要近年来，随着移动通信、导航技术和电子对抗的快速发展，对现有微波元器件的需求和性能的改进都提出了很高的要求。
同轴腔体带通滤波器作为微波带通滤波器中应用最广的一种滤波器，具有功率容量大、插入损耗低、寄生通带远等特点,在现代无线通信、数字电视广播、卫星导航、遥测遥感和雷达等系统中得到了广泛的应用。
本文对同轴腔体带通滤波器做了详细的分析，分析讨论了同轴谐振腔的电磁特性，主要包括谐振频率、谐振腔的耦合结构和外部品质因数等。
利用响应函数得到腔体之间的耦合系数。
应用三维全波仿真软件,分析了腔体结构参数与耦合系数和耦合窗的关系。
最后论文给出了同轴腔滤波器设计实例，测试结果性能良好，符合设计指标要求。
关键词：微波滤波器带通滤波器同轴谐振腔全波仿真分析1ABSTRACTWith the rapid development of mobile communication system, the quality of microwave components is becoming more and more important. As a microwave band-pass filter, coaxial cavity filter is widely applied in modern wireless communication and radar systems, for its high power capacity, low insertion loss and far spurious pass-band.Based on the research of coaxial filter, the electromagnetic properties of coaxial cavity resonator are proposed in the paper, including resonant frequency, coupling structure and external Q of the cavities. The coupling coefficient of filter can be getting by utilizing response function. The width of coupling windows and in-put/out-put coupling lines are acquired by full wave simulation and optimization. At last, a coaxial cavity filter is designed and measured, which has perfect performances and is satisfied with the technical specifications.Key Words: microwave filter band-pass filter coaxial resonator full wave simulation目录一绪论 (1)1.1前言 (1)1.2常见的滤波器形式 (1)1.3国内外发展现状 (3)二滤波器的基本概念 (5)2.1滤波函数 (5)2.2微波滤波器参数 (7)2.3低通滤波器到带通滤波器的转换 (7)三同轴腔带通滤波器的设计 (8)3.1滤波器的设计步骤 (8)3.2滤波器的设计方法 (8)3.2.1前言 (8)3.2.2设计指标 (9)3.2.3参数计算 (9)3.3仿真与测试 (10)3.3.1仿真 (10)3.3.2 实物加工与测试 (13)总结 (14)参考文献 (16)一绪论1.1 前言随着通信、广播、雷达、测量、遥感、空间技术和电子对抗技术等的逐步发展，从米波段一直到毫米波段以至更广阔的波段上，微波滤波器在雷达、信号处理、通信等不同电路系统的传输、变换处理和收发中有广泛应用[1]。
随着导航技术和移动通信电子对抗的快速发展，同时对改善现有器件的性能和对未开发的微波元器件提出更高更严谨的需求是必要的。
尤其是在无线电通信频率资源日益紧张的今天，不同通信系统能够获得的频率范围越来越窄，从而使得对于无源器件，尤其是那些前端使用毫米波、微波收发信机的器件的性能优劣提出了更高层次的要求，为的是前端系统降低对信号的衰减，使不同的干扰信号得到抑制。
另外，由于新工艺、新材料的逐步发展，以及迅速发展的半导体先进技术，新的RF模块不断不出现，使得研制毫米波、微波RF有源电路的周期渐渐缩短，且高度集成、小体积的电路正在逐步发展[2]。
因此，研制小体积、高性能的无源器件，减少设计无源器件的周期，是目前毫米波、微波通信等相关领域的重要步骤之一。
1915年，在德国，K. W. Wagner 创新发明了一种以新的滤波器设计方法--“瓦特纳滤波器”，与此同时，在美国，G. A. Canbell则开创了另一种知名的设计方法--图像参数法。
间隔两年，LC滤波器在两国分别由两位科学家发明出来，1918年第一个多路复用系统在美国问世，自此以后科研人员便开始积系统而全面的对使用集总元件电容和电感的滤波器进行理论研究。
随着滤波器的设计理论不断的深入研究、材料领域的不断发展以及工作频率的日益升高，使得由原先的集总参数元件滤波器的设计逐渐扩展到分布参数元件滤波器的设计[3]。
1939年，P. D. Richtmeyer报道了介电滤波器，因为当时材质的温度稳定性不够高这样就导致该种滤波器不足以应用于实际，直到1970年左右，因为陶瓷材料有较快的发展，介电滤波器在实际中应用也随即得到了较快的发展。
目前，20世纪年代出现的高温度临界超导材料，被认为很大可能应用于设计出极小尺寸和极低损耗的新颖滤波器，并且现在已经在商业和军事领域使用[4]。
1.2 常见的滤波器形式在现代无线电系统中，包括各种移动通信、电子对抗、雷达系统等的发展同时促进了微波器件的发展。
其中微波滤波器是现代毫米波、微波通信技术中一个极其重要的部分[5]，是毫米波、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量。
近年来，随着滤波器结构的不断发展与更新，因为应用环境的不同，伴随出现了各种不同结构的滤波器。
11)集总参数滤波器根据滤波器原型电路，最简单，最直接的结构是采用集总参数的电感、电容元件直接搭建滤波器电路，可以采用分立元件，也可以采用集成电路。
集总参数滤波器的元件Q值较低[6]，在10GHz频段的Q值大约为100-200，这比较适合于低频信号的滤波。
由于现代移动通讯频率都比较高，所以很少采用这类滤波器。
2) 微带线、带状线滤波器众所周知,布参数传输线可以等效为电感或电容,因此选用合理尺寸的传输线组合,可以构成滤波器电路,最为常用的是微带线和带状线结构,可以很方便地制成印制板，造成本低廉[7]。
在结构设计上,主要有三种方式：梳状线、线、卡线。
这类滤波器的特点是结构紧凑，阻带宽、容易制造；缺点是,Q值低（10GHz时Q值为150-200）,插入损耗大，滤波特性一般。
适用于小功率滤波场合。
一些小功率，指标要求低的的干线放大器中，有使用。
3)同轴腔体滤波器腔体滤波器因其通带插入损耗低、阻带抑制性高、承受较大功率、调谐方便等特点在通信系统中也应用广泛[8]。
其中同轴腔体具有高Q值、损耗特性、电磁屏蔽和小尺寸等优异特点，但是如果在10GHz以上使用时，由于其物理尺寸很微小，所以制作精度很难达到。
同轴腔形式的带通滤波器广泛应用于雷达、通信等系统，按照腔体结构不同，一般分为标准同轴腔、方腔同轴等。
4)波导滤波器波导型滤波器是一种经常使用的无源微波滤波器，特别是在高频段、大功率的天线馈电系统中波导型滤波器能够发挥巨大的作用。
波导腔体带通滤波器本质是一种选择频率电路，应用在雷达、电子战、通信等设备的微波设备中，它易于连接馈电装置，适合应用于较高功率的情况下，并且具有良好的性能。
在信号的电平较小时，它一般都是用在8GHz 到100GHz的范围内[9]。
这种滤波器的主要功能应用是在通频带插入损耗和失真较小的情况下，使阻带的选择性能够得到足够的提供。
比如说，在使用微波接收机时，不需要的带外信号被带通滤波器滤除掉，为了使前段噪声的特性得到保持；在使用微波发射机时，不需要的频率谱被滤波器减小，使得发射机的噪声不能传递到接收机。
在不同的微波多工器上此种滤波器也得到应用，但是它最大的缺点是其尺寸大小显然比其他可应用在微波段的谐振器大。
随着微波技术的迅猛发展，天线系统日趋复杂，对波导型滤波器的需求更大，范围更广，同时也对其性能提出更高要求。
5)介质滤波器介质滤波器分为两种，一种TEM模式，它和传输线型滤波器原理相同，只不过尺寸更小，在400NHz-5GHz频率范围内的Q值为200-800，其插入损耗比较大，滤波特性也比较差，一般只在性能要求低的中频滤波中采用；另一种为TE01δ模介质滤波器，其Q值非常高，10GHz的Q值可以达到10000以上，900MHz时的Q值约为22000。
这种滤波器兼有小尺寸和低损耗的特点[10]。
直到现在，TE01δ模介质滤波器仍然是国际学术界研究非常活跃的课题，并且已经在卫星通讯、移动通讯中获得了成功的应用。
随着技术的不断进步和工艺、材料的不断改进，TE01δ模介质滤波器在电气性能上远远超过了以往任何滤波器的水平。
在大容量移动通讯系统中，为了充分利用频率资源，相邻信道或收、发通道频率间隔非常小，如果采用传统滤波器，其损耗大得难以接收，如两个相邻CDMA载频的滤波合路，则必须采用介质滤波合路方式，才能做到既有效抑制相邻信号所谓干扰，又能不增加太多的插入损耗。
可以预见，在未来的3G系统中，TE01δ模介质滤波器将会得到大量的应用。
在下一代移动通信的基站中，对基站的重量和体积都有十分严格的控制。
因此，必须减小滤波器的重量和体积，与此同时不能降低滤波器的性能。
在工艺、材料和微波技术发展至今的情况下，制造这些微波滤波器选用高Q值、低损耗，具有一定介电常数的陶瓷材料加载介质谐振腔是一种必然，经过理论和实践方面的长期努力和积累，已经将这种介质谐振腔滤波器应用在移动通信系统中，而且会有很好的前景。
伴着滤波器技术的不断完善，其他各种新型滤波器如SAW滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR滤波器、微波有源器件等也开始应用于各种通信系统中[11]。
1.3 国内外发展现状20年代初出现的载波电话系统，使得在电信领域内引发了一场伟大的技术革命，从而迎来了电信历史的新纪元。
它的快速发展促成了在检出信号和特定频带提取的新兴技术的发展，这种技术慢慢的发展成为现在的滤波器技术。