微波腔体滤波器设计54页PPT
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滤波器的设计PPT讲解
3.带通滤波器
功能：让有限带宽（ wL w wH ）内的交流信号 顺利通过，让频率范围之外的交流信号受到衰减。
wL ——下限频率， wH ——上限频率，
带宽：Bw wH wL
中心角频率：
w0 wn wH wL
A0 s n / 2 带通滤波器传递函数的一般表达式为： A((s) D( s )
A0 为常数， D ( s ) 为多项式， s
jw
A((s ) 的零点在 w 处。 二阶低通滤波器传递 2 A w 0 n 函数的典型表达式为： A( s) wn 2 2 s s wn wn 为特征角频率，Q 为等效品质因数。 Q
2.高通滤波器（HPF） 让高于截止频率 wc 的高频信号通过， 而对从0到阻带频率 ws 的低频频率受到衰减。
三、参数
3、阻尼系数与品质因数
– 阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用， 是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。 –阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器 频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/△w。式中的△w为 带通或带阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率。
4、灵敏度
–滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影 响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x 变化的灵敏度记作Sxy，定义为： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 –该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该 灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。
A0 A( S ) n S an1 S n1 a1 S a0
多项式系数 an1 , a1 , a0 可根据不同的 次n查表得到 。
和阶
3. 贝赛尔滤波器：
(整理)微波滤波器讲稿
0102微波滤波器是一种在微波频段内选择性地传输或抑制特定频率信号的器件。
利用不同频率信号在传输线上的传播常数不同，实现频率选择性的传输或反射。
定义基本原理定义与基本原理早期采用集总元件（如电感、电容）实现，体积大、性能差。
中期随着微带线、波导等传输线技术的发展，滤波器逐渐小型化、高性能化。
•近期：基于新材料、新工艺的滤波器不断涌现，如高温超导滤波器、光子晶体滤波器等。
现状多种技术并存，各有优缺点，适用于不同应用场景。
随着5G、6G等通信技术的发展，对滤波器性能的要求不断提高，推动滤波器技术不断创新。
移动通信基站、终端设备等。
卫星通信地面站、卫星载荷等。
雷达系统收发组件、信号处理等。
电子对抗侦察、干扰等。
适应移动设备、可穿戴设备等应用场景的需求。
小型化、轻量化低插损、高带外抑制等，提高系统整体性能。
高性能适应多模多频、宽带通信等应用场景的需求。
多频带、宽频带满足大规模生产、商业应用的需求。
高可靠性、低成本允许低频信号通过，对高频信号具有较大的衰减作用。
低通滤波器允许某一频带内的信号通过，对该频带以外的信号具有较大的衰减作用。
带通滤波器允许高频信号通过，对低频信号具有较大的衰减作用。
高通滤波器阻止某一频带内的信号通过，对该频带以外的信号影响较小。
带阻滤波器01集中参数滤波器由集总元件（如电阻、电容、电感）构成，适用于低频段。
02分布参数滤波器由分布参数元件（如传输线、波导）构成，适用于高频段。
03混合式滤波器结合集中参数和分布参数元件，实现宽频带、高性能的滤波特性。
03采用同轴线作为传输线，具有低损耗、高功率容量等优点，但体积较大。
同轴线滤波器采用微带线作为传输线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点，但插入损耗较大。
微带线滤波器采用波导作为传输线，具有高Q 值、低插损等优点，但体积较大且不易于集成。
波导滤波器按传输线类型分类插入损耗不同类型滤波器的插入损耗不同，一般来说，微带线滤波器的插入损耗较大，而同轴线滤波器和波导滤波器的插入损耗较小。
微波腔体滤波器设计PPT课件
Fn Un
En2
Pn2
2Fn2 2
Pn
N
1
n 1
1
n
取左半平面的根
-3
-2
-1
-20
-40
-60
1
2
3
注意到，General Chebyshev函数的特性： 带内为等波纹，带外特性和有限传输零点的个数和位置密切相关。
怎样由带外指标确定滤波器的阶数和有限传输零点的位置？ 什么样的General Chebyshev函数是最优的？
可以证明，具有带外等波纹特性的General Chebyshev函数最优，即： • 具有同样阶数和有限传输零点个数的函数，带外等波纹的最优； • i+1个有限传输零点的函数带外特性优于i个有限传输零点的函数特性。
在工程设计中，设有限传输零点的个数是i，考察此时的最优特性：带外 等波纹的情况；如果不能满足指标，则要增加有限传输零点的个数；以此类推， 直到得到逼近函数。
其中 称此矩阵为耦合矩阵
Scaled external quality factor Normalized coupling coefficient
滤波器双口网络，有 S参数，有
由电压环路方程，得到 带入S参数表示式，得到
对于异步调谐情况，有
电容耦合腔体滤波器等效电路
可见，归一化阻抗矩阵Z和归一化导纳矩阵Y相同。 即，无论耦合腔体滤波器是感性耦合，还是容性耦合，亦或是混合 耦合，可以使用统一的公式表示。
然后在考虑如何实现该逼近函数的问题；当然在该过程中，可以预先对结 构等有所参考，对逼近函数的形式有所限定。
（2）优化的方法求解耦合矩阵
首先，根据预先设定的耦合拓扑结构定义耦合矩阵，常用两种方式：
腔体滤波器设计
基本概念
1. 窄带滤波器的相对带宽：BW=(f2-f1)/f0 f1，f2分别是通带的起止频率 f0是通带中心频率 窄带滤波器的相对带宽一般在20%以下
2. 几个概念的辨析：dB，dBm，dBc
2005-3-27
Allrizon Communication Corp
概念辨析
dB是一个表征相对值的值，当考虑甲的 功率相比于乙功率大或小多少个dB时， 按下面计算公式：10lg（甲功率/乙=
2
a1
a2 = 0 a2 = 0
S 22 = Reflected
Incident
S 12 = Transmitted
Incident
=
b2 a2
b
=
1
a2
a1 = 0 a1 = 0
Z0
Load
a1 = 0
b 1 Transmitted
DUT
S 12
b2
S 22
Reflected
Reverse
a2
Incident
2005-3-27
Allrizon Communication Corp
S-Parameters with Common Measurement Terms
S11 = forward reflection coefficient (input match) S22 = reverse reflection coefficient (output match) S21 = forward transmission coefficient (gain or loss) S12 = reverse transmission coefficient (isolation)
微波滤波器的设计制作与调试
新技术的应用
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术优化微波滤波器的设计，提高设计 效率和性能。
数字孪生技术
利用数字孪生技术模拟和预测微波滤波器的性能，降低实验成本和 时间。
智能传感器技术
将智能传感器技术应用于微波滤波器，实现自适应调节和实时监控 。
THANKS
感谢观看
微波滤波器的发展趋势
01
02
03
04
微型化
随着微电子技术的发展，微波 滤波器的体积不断减小，性能
不断提高。
集成化
将多个微波滤波器集成在一个 芯片上，实现多功能和高性能
。
可重构化
通过软件编程实现微波滤波器 的可重构，提高系统的灵活性
和适应性。
智能化
采用人工智能技术对微波滤波 器进行优化设计和自动调试， 提高生产效率和产品质量。
设计实例
设计一个中心频率为10GHz，带宽为1GHz的低通滤波器，要求在通带内插入损 耗小于1dB，阻带抑制大于40dB。
利用Ansoft HFSS软件进行电磁仿真和优化，最终得到满足技术指标的微波滤波 器电路结构。
03
CATALOGUE
微波滤波器的制作
制作材料
高品质微波介质材料
如陶瓷、玻璃等，具有较低 的介质损耗和较高的Q值。
问题2
测试结果与设计值存在较大偏差。解 决方案：重新检查元件值和电路设计 ，确保参数正确。
05
CATALOGUE
微波滤波器设计制作的未来发展
新材料的应用
新型介质材料
采用轻质、高导电、高介电常数的介质材料，降低滤波器的体积 和重量，提高性能。
复合材料
利用复合材料的特性，结合不同材料的优点，提高滤波器的综合性 能。
《微波滤波器的设计》课件
提高信号接收质量：过滤掉不需要的频率信号，提高信号接收质量
提高信号传输安全性：防止信号被非法窃取或干扰，提高信号传输 安全性
微波滤波器的分类
按照频率范围分类：低频滤波器、中频滤波器、高频滤波器 按照结构分类：腔体滤波器、波导滤波器、微带滤波器、介质滤波器 按照功能分类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器 按照应用分类：通信滤波器、雷达滤波器、电子对抗滤波器、医疗滤波器
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
滤波器结构：LC滤波器、 陶瓷滤波器、声波滤波器等
滤波器设计流程
确定滤波器类型：低通、高通、带通、带阻等 确定滤波器参数：中心频率、带宽、阻带衰减等 设计滤波器结构：如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆函数等 仿真验证：使用仿真软件进行滤波器性能验证 制作实物：根据设计结果制作实物滤波器 测试性能：对实物滤波器进行性能测试，确保满足设计要求
添加标题
添加标题
优点：简单易行，适用于各种微 波滤波器
应用：广泛应用于微波滤波器的 设计和优化中
传输线法
传输线法是一种常用的微波滤波器设计方法 传输线法通过分析传输线上的电压、电流和阻抗，来设计滤波器 传输线法可以设计出各种类型的滤波器，如低通、高通、带通等 传输线法设计滤波器的优点是简单、直观，易于理解和实现
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
提高信号传输安全性：防止信号被非法窃取或干扰，提高信号传输 安全性
微波滤波器的分类
按照频率范围分类：低频滤波器、中频滤波器、高频滤波器 按照结构分类：腔体滤波器、波导滤波器、微带滤波器、介质滤波器 按照功能分类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器 按照应用分类：通信滤波器、雷达滤波器、电子对抗滤波器、医疗滤波器
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
滤波器结构：LC滤波器、 陶瓷滤波器、声波滤波器等
滤波器设计流程
确定滤波器类型：低通、高通、带通、带阻等 确定滤波器参数：中心频率、带宽、阻带衰减等 设计滤波器结构：如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆函数等 仿真验证：使用仿真软件进行滤波器性能验证 制作实物：根据设计结果制作实物滤波器 测试性能：对实物滤波器进行性能测试，确保满足设计要求
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优点：简单易行，适用于各种微 波滤波器
应用：广泛应用于微波滤波器的 设计和优化中
传输线法
传输线法是一种常用的微波滤波器设计方法 传输线法通过分析传输线上的电压、电流和阻抗，来设计滤波器 传输线法可以设计出各种类型的滤波器，如低通、高通、带通等 传输线法设计滤波器的优点是简单、直观，易于理解和实现
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
微波滤波器设计培训教程PPT课件
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
• 带阻滤波器
带通滤波器技术指标
• 通带工作频段
• 即滤波器允许通过电磁波的频率范围。通带的理 解在生产过程提供的技术指标规定严格了的，不 需要怎样的去按照上面的定义去具体计算。也可 以这样说，如果我们的差损要求是0.8db，通带 需要10M的带宽，那么我们的通带就可以说成是 0.8db带宽为10M.
新员工培训
------微波滤波器基础知识介绍
微波及其特点
• 所谓微波是一种具有极高频率（通常为300 MHz~300GHz ），波长很短，通常为1m~ 1mm的电磁波。
波长=
光速 频率f
0
• 微波具有似光性和似声性、穿透性、信息 容量大等特点。
滤波器的基本原理
• 滤波器顾名思义就是对电磁波信号进行过 滤，让需要的信号通过，抑制不需要的信 号，主要目的为了解决不同频段、不同形 式的无线通讯系统之间的干扰问题，其特 性可以用通带工作频段、插入损耗、带内 波动、带外抑制、端口驻波比、隔离度、 矩形系数、功率容量、群时延指标来描述。
同轴谐振腔滤波器
• 其结构排列比较灵活，适合于100MHz－40GHz 频段带通滤波器的设计，在当今移动通信频段领 域使用最多的当是同轴腔，它的基本原理是根据 四分之一开路线和二分之一短路线所等效的LCR 谐振电路。在实际的产品研发和生产中，我们使 用了改进的双同轴UIR(均匀阻抗匹配)四分之一波 长谐振结构。这种结构的优点是：结构通用，易 于开发移植，适用移动通信全频段；调节范围大， 对公差要求不高，非常适于初等产品的低成本生 产；功率容量大，采用电耦合输入输出，所以产 品一致性和稳定性很好。
AnsoftHFSS进行腔体滤波器设计PPT课件
• 把谐振频率带入以下公式计算耦合系数K
k=2*(f1-f2)/(f1+f2) 或者使用工作站中matlab里计算程序计算 耦合系数K值。
• 在这一部分讲到如何使用HFSS计算窗口大小 使其耦合系数为0.01左右。
第13页/共35页
画第二个单腔
使用Edit中的copy和past把第一步中所 有的元件复制一份。
第14页/共35页
移动第二个单腔位置
使用MOVE命令把所复制的元件沿y轴
移动“腔体_y+窗口厚度”的距离，其
中
窗口厚度初始化为4mm。
第15页/共35页
画窗口
画一个长方体，起始坐标定为“0，腔体_y,窗口高度”窗口高度初始 值
0mmXsize为“窗口大小”初始化值20mm，Ysize为“窗口厚度” Zsize为“腔体_z-窗口高度”。 第16页/共35页
定义材料开始运算
把腔体材料定义为空气，其余材料全部为理想导体 （这时候不需要考虑腔体的无载Q值），在项目管 理窗口中把“setup1”中的“Number of”由1改为
2 边界改为Perfect E,开始运算。第19页/共35页
查看结果计算耦合系数
在solution data中查看结果，把求得的两个频率 带入耦合系数公式k=2*(f1-f2)/(f1+f2)=0.004487 如此，改变窗口大小或者耦合螺杆参数直到 耦合系数满足要求。这就是窗口大小的确定方法
使用subtract命令把内孔从谐振杆 上减去
第7页/共35页
画调谐螺杆
从腔体的顶部往下画调谐螺杆，设 置参数，初始化调谐螺杆半径为 2.5mm，调谐螺杆长度-10mm
第8页/共35页
定义材料、边界
HFSS->solution type中选择求解 方式为Eigenmode
k=2*(f1-f2)/(f1+f2) 或者使用工作站中matlab里计算程序计算 耦合系数K值。
• 在这一部分讲到如何使用HFSS计算窗口大小 使其耦合系数为0.01左右。
第13页/共35页
画第二个单腔
使用Edit中的copy和past把第一步中所 有的元件复制一份。
第14页/共35页
移动第二个单腔位置
使用MOVE命令把所复制的元件沿y轴
移动“腔体_y+窗口厚度”的距离，其
中
窗口厚度初始化为4mm。
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画窗口
画一个长方体，起始坐标定为“0，腔体_y,窗口高度”窗口高度初始 值
0mmXsize为“窗口大小”初始化值20mm，Ysize为“窗口厚度” Zsize为“腔体_z-窗口高度”。 第16页/共35页
定义材料开始运算
把腔体材料定义为空气，其余材料全部为理想导体 （这时候不需要考虑腔体的无载Q值），在项目管 理窗口中把“setup1”中的“Number of”由1改为
2 边界改为Perfect E,开始运算。第19页/共35页
查看结果计算耦合系数
在solution data中查看结果，把求得的两个频率 带入耦合系数公式k=2*(f1-f2)/(f1+f2)=0.004487 如此，改变窗口大小或者耦合螺杆参数直到 耦合系数满足要求。这就是窗口大小的确定方法
使用subtract命令把内孔从谐振杆 上减去
第7页/共35页
画调谐螺杆
从腔体的顶部往下画调谐螺杆，设 置参数，初始化调谐螺杆半径为 2.5mm，调谐螺杆长度-10mm
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定义材料、边界
HFSS->solution type中选择求解 方式为Eigenmode