微带滤波器的设计复习过程
HFSS3微带滤波器教程
HFSS3微带滤波器教程
HFSS是一种强大的电磁仿真软件，用于设计和分析微波和射频电路。
本文将介绍如何使用HFSS设计和优化微带滤波器。
微带滤波器是一种常
见的射频和微波电路，用于选择性地传输或阻塞特定频率的信号。
下面是
设计微带滤波器的详细步骤。
第一步是确定所需的滤波器规格。
这包括中心频率、带宽、滤波器类
型和阻带衰减等参数。
根据这些参数，我们可以选择适当的滤波器结构。
第二步是建立HFSS模型。
首先，我们需要绘制滤波器的布局，包括
微带线、电容器和电感器等元件。
然后，根据需要调整元件的物理尺寸和
位置。
在HFSS中，我们可以使用其建模工具来完成这些任务。
第三步是设置HFSS模拟器。
我们需要选择仿真的频率范围和分辨率，并设置适当的激励条件。
通常，我们会使用端口激励来激励滤波器的输入端，并设置合适的端口阻抗。
第四步是运行仿真。
一旦设置好模拟器，我们可以运行仿真以计算滤
波器的S参数和其他性能指标。
在HFSS中，我们可以使用不同的分析工
具和图表来查看结果，例如频率响应图和阻带衰减图。
第五步是优化滤波器性能。
如果滤波器的性能不满足需求，我们可以
尝试不同的设计参数或结构，然后重新运行仿真来评估其性能。
通过多次
迭代优化，我们可以得到满足要求的滤波器设计。
最后，我们还可以进行进一步的分析，例如模拟温度效应、探索器件
的灵敏度和稳定性等。
这些分析可以帮助我们更好地理解滤波器的性能和
行为。
实验四 微带短截线低通滤波器的设计
实验四 微带短截线低通滤波器的设计4.1 微带短截线低通滤波器设计基础4.1.1分布参数滤波元件的实现1. Richards 变换集总元件构成的滤波器通常工作频率较低，在微波频段，我们常常采用微带结构实现较好的滤波性能。
在设计得到滤波器原型之后，为了实现电路设计从集总参数到分布参数的变换，Richards 提出了一种变换方法，这种变换可以将集总元件变换成传输线段。
如图4.1所示，电感L 可等效为长为λ/8，特性阻抗为L 的短路线；电容C 可等效为长为λ/8，特性阻抗为1/C 的开路线。
图4.1 Richards 变换2. Kuroda 规则采用Richards 变换后，串联元件将变换为串联微带短截线，并联元件将变换为并联短截线。
由于串联微带短截线是不可实现的，所以需要将其转变为其它可实现的形式。
为了方便各种传输线结构之间的相互变换，Kuroda 提出了四个规则，如图4.2所示。
其中，2211/n Z Z =+；U.E.是单位元件，即电长度为λ/8、特性阻抗为UE Z 的传输线。
选用合适的Kuroda 规则，可以将串联短截线变换为容易实现的并联短截线。
图4.2 Kuroda 规则4.1.2 微带短截线低通滤波器设计步骤微带短截线低通滤波器的实现可分为四个步骤： 1. 根据设计要求进行低通滤波器原型设计；2. 采用Richard 变换将低通滤波器原型中的电感和电容转换为等效的λ/8串联和并联传输线；3. 应用Kuroda 规则将串联短截线转换为并联短截线；4. 阻抗和频率定标。
4.1.3 微带短截线低通滤波器设计实例设计一个3阶、0.5dB 等波纹低通滤波器，其截止频率为4GHz ，阻抗是50欧姆。
第一步 根据设计要求，查表得到低通滤波器原型。
111.5963g L == 221.0947g C == 331.5963g L ==第二步应用Richard变换将电感和电容转换为等效的串联和并联短截线。
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。
如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。
二、耦合微带线滤波器的设计的流程1、确定滤波器指标2、计算查表确定滤波器级数N3、确定标准滤波器参数4、计算传输线奇偶模特性阻抗5、计算微带线尺寸6、仿真7、优化再仿真得到波形图设计参数要求：（1）中心频率：2.4GHz；（2）相对带宽：9%；（3）带波纹：<0.5dB；（4）在频率1.9GHz和2.9GHz处，衰减>20dB；（5）输入输出阻抗：50Ω。
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。
微带滤波器设计(II)
摘要摘要微带滤波器以其尺寸小、成本低、加工方便等优点，在现代移动通信和无线通信中应用越来越广泛。
本文主要讨论了微带滤波器中常用的平行耦合微带线带通滤波器。
文章结合滤波器设计的基本理论和平行耦合线的基本理论，给出平行耦合微带线带通滤波器的两种设计方法，即：变形低通原型使用K变换器的设计公式和使用J变换器的设计公式，总结了平行耦合线的综合公式。
为了验证设计给出了一个设计实例，通过仿真证明了设计的可行性，并对设计过程中常遇到的耦合间隙太小，很难实现的问题做了探讨。
制作了两种滤波器的实物，分别是用本文给出的方法设计的滤波器和用仿真工具设计的滤波器，对其进行测量并作了比较。
关键词:微带滤波器变形低通原型等效电路平行耦合线带通滤波器ABSTRACTABSTRACTMicrostrip filters have been applied more and more extensively in modern mobile communication and wireless communication due to the advantages such as small size, low cost and easy fabrication. Parallel-coupled microstrip bandpass filter, which is one of the most widely used microstrip filters, is mainly discussed in this paper. Based on the theories of filter design and parallel-coupled microstrip lines, this paper presents two design methods, which are method with K convertor used in the transmogrification low prototype and method with J convertor used in the transmogrification low prototype. The synthetic formulas of parallel-coupled are also included. A design example is given to validate the formulas. Simulation is done and it proves the design feasible .The problem that the coupling space is often too small and hard to realize is also discussed. Two filters are fabricated, one is the filter designed on the method proposed in this paper and the other using simulation tool. They are measured and compared.Keywords: microstrip filter transmogrification low prototypeequivalent circuit parallel-coupled microstrip bandpass filter目录i目录第一章绪论 (1)1.1 微带滤波器简介 (1)1.2 微波滤波器的发展 (1)1.3 微波滤波器的技术指标 (2)1.4 微带滤波器的设计方法 (3)1.5 本文的主要内容 (4)第二章滤波器的基本理论 (5)2.1 低通原型的设计理论 (5)2.1.1 最平坦型滤波器的基本理论 (6)2.1.2 切比雪夫滤波器的基本理论 (7)2.1.3 椭圆函数滤波器的基本理论 (8)2.2 滤波器的频率变换 (10)2.2.1 频率变换理论 (10)2.2.2 由低通到高通的频率变换 (10)2.2.3 低通到带通的频率变换 (12)2.2.4 由低通到带阻的频率变换 (13)2.3 变形低通原型理论 (15)第三章平行耦合线的奇偶模理论 (19)3.1 平行耦合线结构 (19)3.2 奇偶模法 (20)第四章平行耦合线带通滤波器的设计 (23)4.1 变形低通原型使用K变换器的设计公式 (23)4.2 变形低通原型使用J变换器的设计公式 (29)4.3 平行耦合微带线的综合 (33)4.3.1 计算耦合线的宽度和间隙 (33)4.3.2 计算耦合微带线 (34)第五章设计实例 (37)ii 目录5.1 用变形低通原型使用J变换器的设计公式进行设计 (37)5.2 用软件进行设计 (42)5.3 两种方法的对比 (44)第六章结论 (47)致谢 (49)参考文献 (51)第一章绪论 1第一章绪论1.1 微带滤波器简介微波滤波器是现代微波技术中许多设计问题的中心，利用它可以分离或组合各种不同频率的信号。
微带滤波器的设计
微带滤波器的设计微带滤波器（microstrip filter）是一种常用的电子滤波器，它具有结构简单、制作成本低、易于集成等优点，因此在无线通信、雷达系统、微波封装等领域得到广泛应用。
本文将介绍微带滤波器的设计流程和关键要点。
首先，微带滤波器的设计流程可以分为以下几个步骤：确定滤波器参数、选择滤波器类型、确定滤波器阶数、计算微带线宽度和长度、构造网络模型、优化设计。
第一步是确定滤波器的参数，包括中心频率、带宽、阻带衰减等。
这些参数直接影响着滤波器的性能和应用场景，因此需要根据具体需求进行合理设定。
第二步是选择滤波器类型，常见的微带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。
选择合适的滤波器类型可以更好地满足设计要求。
第三步是确定滤波器的阶数，阶数决定了滤波器的斜率和阻带衰减。
一般情况下，阶数越高，滤波器性能越好，但同时也会增加设计的复杂度。
第四步是计算微带线的尺寸，包括宽度和长度。
微带线的尺寸直接影响滤波器的中心频率和带宽，因此需要进行合理的计算和调整。
第五步是构造滤波器的网络模型，可以使用传统的电路模型或者仿真软件进行建模。
在模型中，需要将微带线和谐振器等元件进行合理的连接和布局。
最后一步是优化设计，通过调整微带线的长度、加入补偿电容电感器等措施，来达到更好的滤波器性能。
优化设计可以使用仿真软件进行参数调整和优化。
除了以上的设计流程，还有一些关键要点需要注意。
首先是微带线的制作工艺，微带线需要精确的制作技术，以确保滤波器的性能和稳定性。
其次是对滤波器的测试和调整，通过实验和测量，可以得到实际滤波器的性能参数，从而进行必要的调整和改进。
最后是设计的可行性和可靠性，滤波器设计需要符合实际应用需求，并且具备足够的抗干扰能力和稳定性。
总的来说，微带滤波器的设计是一项复杂而又重要的任务。
通过合理的设计流程和关键要点的注意，可以得到性能优良的微带滤波器，用于满足不同领域的需求。
微波滤波器设计培训教程
现有移动通信系统主要使用频段
3.TD-SCDMA〔Time Division Synchronous Dode Division Multiple Access〕的中文含义为时分同 步码分多址接入
频率范围 1880MHz -1920MHz; 2021MHz -2025MHz； 补充频段：2300MHz -2400MHz。
带通滤波器技术指标
• 带内波动
• 在规定的带宽内,插入损耗最大点减去最小点的即为带内 波动。又叫带内波纹或者通带波纹。指通带内信号幅度的 起伏程度，也受限于谐振器的固有Q值，一般希望尽可能 的小。
带通滤波器技术指标
• 带外抑制
•
又称阻带抑制,理想的滤波器是矩形
的，通带内的信号全部通过，通道外的信
• 计算得出各谐振器之间的耦合系数以后，通过用 Ansoft HFSS进行物理结构仿真，从而得出实际 的尺寸结构。
设计实例
• 技术指标 • 工作带宽：825-835MHz • 插入损耗：≤ 1.0dB • 带内波动：≤ 0.5dB • 带外抑制：FC±10MHz≥40dB • 驻波比： ≤1.2
• 首先我们应该对阻带频率进行归一化：
带通滤波器技术指标
• 矩形系数 • 矩形系数是60dB带宽3dB带宽的比值,它描述了滤
波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度:
SFBW 60dBfU60dB- fL60dB BW 3dB f f U3dB- L3dB
带通滤波器技术指标
• 功率容量
• 滤波器能承受的最大信号通过功率，滤波器的脉 冲功率容量由其中强电场对介质的击穿来确定， 这与滤波器的结构和介质强度有关。通常同轴线 和带状线结构的功率容量至少要比矩形波导小6、 7倍，而矩形波导又比圆波导小4倍左右.
HFSS3微带滤波器教程
HFSS3微带滤波器教程HFSS (High-Frequency Structure Simulator) 是一种电磁仿真软件，广泛用于设计微带滤波器等高频电路元件。
本教程将介绍基本的微带滤波器设计流程，并使用HFSS软件进行仿真。
首先，我们需要了解微带滤波器的基本原理。
微带滤波器是一种利用微带线和微带电感等元件构成的高频滤波器。
通过控制微带线的宽度、长度和位置，可以实现不同的频率响应。
接下来，我们开始设计一个常见的低通微带滤波器。
首先，打开HFSS软件并创建一个新的项目。
然后，在设计树中右键单击"Design"，选择"Insert"，并选择"Layout"。
这将创建一个层叠的布局。
接下来，点击左侧的"Design Properties"来设置工作频率和单位。
根据需求设置频率为一定的值，例如2GHz。
单位可以选择毫米或英寸，根据习惯选择。
现在，我们需要设计微带线和微带电感。
在布局中，选择"Draw"，然后选择"Line"。
点击并拖动鼠标来绘制微带线的形状。
根据设计要求，设置适当的宽度和长度。
然后在布局中选择"Idea"，然后选择"Inductor"。
点击并拖动鼠标来绘制微带电感的形状。
根据设计要求，设置适当的尺寸。
接下来，我们需要定义微带线和微带电感的材料属性。
在布局中选择"Full Properties"，然后选择"Add Material"。
选择一个合适的材料，设置相应的介电常数和厚度。
现在，我们可以连接微带线和微带电感。
在布局中选中微带线和微带电感的起始点和终止点。
然后，点击右键选择"Connect"。
这将连接两个元件，并形成一个完整的微带滤波器。
完成连接后，我们需要添加端口和仿真设置。
HFSS13微带滤波器教程
HFSS13微带滤波器教程HFSS（High-Frequency Structure Simulator）是一种用于高频电磁场分析和设计的计算机辅助工具。
它可以用于微带滤波器的设计和优化，以实现所需的频率响应。
接下来，我们将介绍如何使用HFSS 13来设计微带滤波器。
首先，我们需要定义滤波器的规格和要求。
这包括中心频率，带宽，阻带衰减等。
假设我们要设计一个中心频率为2GHz，带宽为500MHz的低通微带滤波器。
1. 打开HFSS 13软件，在菜单栏中选择"File"，然后选择"New"来创建一个新项目。
在弹出的对话框中，选择"Design"，然后点击"Next"。
2. 在下一个对话框中，输入项目的名称和保存路径，然后点击"Next"。
在下一个对话框中，选择"SI"（Structure Integrated）单位系统，然后点击"Finish"来创建新的设计。
3. 在左侧的"Project Manager"窗口中，选择"Insert"，然后选择"Design"来创建一个新的设计。
4. 在"Design Type"对话框中，选择"Planar EM"，然后点击"Next"。
5. 在"Design Parameters"对话框中，输入设计的名称和频率范围。
我们可以将起始频率设置为1.75 GHz，结束频率设置为2.25 GHz。
然后点击"Next"。
6. 在"Solution Setup"对话框中，选择合适的求解器选项，并设置其他参数（如自适应网格和网格细化）。
点击"Next"。
微带滤波器的原理与设计
微带滤波器的原理与设计一、 实验目的1． 了解低通、带通与高通滤波器之工作原理； 2． 了解低通、带通与高通滤波器之电路架构； 3． 实际设计制作低通、带通与高通滤波器。
二、 设计方法与实例微带滤波器的实现需要涉及到一些有用的概念——Richards 变换，单位元件概念以及 Kuroda 规则1.Richards 变换：将集总参数元件变换为分布参数元件的变换，这种变换可以将一段开路或短路传输线等效于分布的电感或电容元件。
我们可以用特性阻抗0Z L =的一段短路传输线替代集总参数电感，也可以用特性阻抗01/Z C =的一段开路传输线替代集总参数电容。
需要说明的是，传输线长度并非一定要是0/8λ。
2.单位元件：在把集总参数元件变成传输线段时，需要分解传输线元件即插入所谓单位元件（UE ）以便得到可以实现的电路结构。
单位元件的电长度为0(/)4f f πθ=特性阻抗为UE Z 。
单位元件可以视为两端口网络。
3.Kuroda 规则：除了引入单位元件之外，同样重要的是，将工程上难于实现的滤波器设计变换成容易实现的形式。
例如，实现等效的串联感抗时，采用短路传输线段比采用并联开路传输线段更困难。
为了方便各种传输线结构之间的相互变换，Kuroda 提出了四个规则。
见表14-1表14-1 Kuroda 规则需要注意的是，表中所有电感和电容都是用Richards变换表述的。
实际滤波器的实现分为四个步骤：1.根据设计要求选择归一化滤波器参数。
传输线替代电容和电感。
2.用0/83.根据Kuroda规则将串联短线变换为并联短线。
4.反归一化并选择等效微带线（长度，宽度以及介电系数）设计任务：设计一个输入、输出阻抗为50Ω的低通滤波器，其主要参数如下：截止频率3GHz；波纹0.5dB；当频率大约为截止频率的2倍时损耗不小于40dB。
假设电磁波在介质中的相速度为光速的60%。
我们按照上述步骤求解这个问题。
步骤1：根据波纹为0.5dB的切比雪夫滤波器衰减特性图，滤波器的阶数必须为N=5，其他参数为：1g=1.0758=5g，2g=1.2296=4g，3g=2.5408，6g=1.0归一化滤波器如图14-1所示。
HFSS微带低通滤波器的设计
微带低通滤波器的设计一、题目低通滤波器的设计技术参数：截止f = 2.2GHz；f=4GHz时，通过小于30db；特性阻抗Z0=50 Ohm。
波纹系数0.2db材料参数：相对介电常数9.0，厚度h=0.8，Zl=10 0hm，Zh=100 0hm。
仿真软件：HFSS二、设计过程1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为f < 2.2GHz；通带插入损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。
2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的宽度及长度。
3、设计过程：（1）确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器，Ώs = fs/fc = 1.82，Ώs -1 = 0.82及Lr = 0.2dB，Ls >= 30，查表得N=5，原型滤波器的归一化元件参数值如下：g1 = g5 = 1.3394，g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1.0000。
该滤波器的电路图如下图所示：（2）计算各元件的真实值(没用)：终端特性阻抗为Z0=50Ώ，则有C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*2.2*10^9*50) = 1.938 pF，C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*2.2*10^9*50) = 3.134 pF，L2 = L4 = Z0*g2/(2*pi*f0) =50*1.3370/(2*3.1416*2.2*10^9) = 4.836 nH。
（3）计算微带低通滤波器的实际物理尺寸：低阻抗（电容）为Zl = 10Ώ，高阻抗（电感）为Zh = 100Ώ。
电长度的计算Le：p357的8.86a和8.86b两个公式。
Le1=g1*Zl*57.3/R0=1.3394*10*57.3/50=15.35°Le2=g2*R0*57.3/Zh=1.337*50*57.3/100=38.3°Le3=24.8° L e4=38.3° Le5=15.35°然后利用小软件求得各部分的具体物理尺寸（长、宽）L1=2.0445mm L2=6.1358mm L3=3.3031mm L4=6.1358mm L5=2.0445mm L=5mm w=0.86mmWl=8.6mm Wh=0.126mm（4）参数修正经过反复优化与调试，最终确定的低通滤波器的各参数如下：L2=L4=5.5mm仿真调试与结果设计的模型。
微带滤波器设计
BW (60dB点) BW (3dB点)
(14) 止带（stop band 或 reject band） ：对于低通、高通、带通滤波器，指衰减到指定点（如 60dB 点）的带宽
滤波器设计理论
1. 低通滤波器设计是基础
11
– 高通滤波器可用带通滤波器（当通带高 端很高时）代替 – 带阻滤波器可看成低通滤波器与高通滤 波器的组合 – 低通滤波器是带通滤波器的特例 – 低通滤波器原型可作为带通滤波器设计 基础
(4)基本串联带阻滤波器（见图5-5） 基本并联带阻滤波器
基本并联带阻滤波器 基本串联带阻滤波器
4
图5-5 (5)基本滤波器电路的串联、并联构成更复杂的多级滤波器（见 图5-6）
(a) 8个极点的低通滤波器
(b) 6个极点带通滤波器
图5-6
分布参数滤波器
(1)并联λ/4短路线构成的带通滤波器 （见图5-7）
,n
原型滤波器的元件值的归一化及其计算 22
对于两端具有电阻终端的切比雪夫滤波器，当其通带波纹为 LArdB、g0 = 1和ω'1 = 1，它的原型元件值可按以下各式计算：
β = ln⎜ coth
⎝ ⎛ L Ar ⎞ ⎟ 17.37 ⎠ ⎛β ⎞ γ = sinh ⎜ ⎟ ⎝ 2n ⎠ ⎡ (2k − 1)π ⎤ a k = sin ⎢ ⎥, k = 1,2, ⎣ 2n ⎦ ⎛ kπ ⎞ bk = γ 2 + sin 2 ⎜ ⎟, k = 1,2, ⎝ n ⎠ 2a g1 = 1 r
2
式中ρ为驻波系数
定义负载电流的相位φT为
φT = arg(I L )
则群时延（group delay）τD为 ∂φ T 1 dφ T τD = = （秒） ∂ω 2π df τ D 表示信号经过滤波器的时延。信号带宽内不同频率分量时延 不同将引起调频信号的畸变。最大可允许的畸变可以用DLP来量 度。DLP定义为在给定频带范围内器件相位与线性变化时的相位 的最大偏离
微带波滤波器的设计
微带波滤波器的设计微带波滤波器是一种常用的电子滤波器，用于在特定频率范围内通过或抑制信号。
它由一个导电性的微带（stripline）传输线和附加的固态结构组成，可以实现对信号的频率选择性的控制。
在本文中，我们将详细介绍微带波滤波器的设计原理和步骤。
首先，微带波滤波器的设计需要确定一些基本参数，包括中心频率、带宽和损耗等。
中心频率是滤波器所需通过或抑制的信号频率，带宽是中心频率上下限之间的频率范围，损耗是信号在通过滤波器时的功率损耗。
接下来，我们需要选择适合设计的微带波传输线。
微带波传输线由导体层、介质层和接地层组成，其结构通常是平面的，并且通过调整导体层和介质层的几何尺寸来实现所需的频率响应。
常用的介质材料包括氧化硼、聚四氟乙烯（PTFE）等。
选择合适的微带波传输线需要考虑频率响应、功率容量和尺寸等因素。
确定了微带波传输线的结构和材料后，我们可以利用微带线传输线理论和微带带微带线传输线模型来设计滤波器。
其中，微带线传输线理论可以通过矩阵参数法或传输线理论来描述传输线的特性，微带线传输线模型则是微带线传输线的等效电路模型，用于计算滤波器的响应。
设计微带波滤波器的关键是通过调整微带波传输线的几何尺寸来实现所需的频率响应。
通常，微带线的宽度、长度和厚度是影响传输线阻抗和传播特性的主要参数。
例如，增加微带线的宽度可以降低传输线的阻抗，而增加微带线的长度可以减小传输线的频率。
利用微带线传输线理论和模型，我们可以通过计算和仿真来确定适合的几何尺寸，以实现所需的频率响应。
在设计微带波滤波器时，还需要考虑到其他因素，如匹配网络、耦合结构和终端阻抗等。
匹配网络可以用于实现滤波器与输入、输出传输线的匹配，从而提高信号的传输效率。
耦合结构可以用于实现不同滤波器传输线之间的耦合，从而实现复杂的滤波特性。
终端阻抗可以用于调整微带波滤波器的输入、输出阻抗，以满足特定的应用需求。
最后，设计完成后，我们可以利用电路设计软件进行仿真和优化。
微波滤波器的设计制作与调试 射频实验
微波滤波器的设计制作与调试（一）实验目的1.、了解微波滤波电路的原理及设计方法。
2、学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。
3、掌握微带滤波器的制作及调试方法。
（二）实验内容1、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。
2、根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。
3、对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。
（三）微带滤波器的技术指标1、通带边界频率与通带内衰减、起伏2、阻带边界频率与阻带衰减3、通带的输入电压驻波比4、通带内相移与群时延5、寄生通带技术指标说明：1、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)。
2、输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。
3、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。
4、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。
本实验要设计的滤波器设计指标：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。
（四）实验过程1、利用ADS软件创建实验原理图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四分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振电路。
图一下图为设置微带器件参数后的原理图：图二平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合线节中，第1、5及2、4节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的。
其中的W1与W2参数代表该器件左右相邻两侧的微带器件的线宽，它们用来确定器件间的位置关系。
将这些量设置为优化变量，进行优化。
添加优化目标及优化控件后的原理图模型：图三然后开始优化，优化目标达到以后，保存优化后的数据然后进行仿真。
实验二、微带滤波设计与仿真
实验报告
• 1、利用ADS提供的设计向导快速设计一个低通滤 波器，其指标要求如下： • ⑴具有最平坦的相应，通带内纹波系数小于2， • ⑵通带截止频率fp=2~4GHz，（选择期间频率） • ⑶阻带截止频率fs=6~8GHz处的插入损耗必须大 于20dB，（选择期间频率） • ⑷输入输出阻抗为50Ω。 • 2、思考题：其他类型滤波器可以通过此方法进行 设计吗？
⑻在滤波器转换助手对话框中，选择 ，然后单击【Add】 按钮添加这对转换，单击【Transform】按钮，进行Kuroda转换，用同样的方 法选择 进行转换，得如图。
⑼选中”LC,Tline to Microstrip”选项，单击短截线 添加所有短截线到微带线的转换，如图。
图标，单击【Add】按钮
Rar
18 (GHz)
Simulation frequency where
Er = dielectric constant (from associated Subst) H = substrate thickness (from associated Subst) W 0, S 0, L 0 for layout W1 0, W2 0
集总参数滤波器转换为微带滤波器
Richands变换是将一段开路或短路传输线等效为分布的电感或电容元器 件的理论。即将串联电感等效为一段短路截线，将并联电容等效为一段并联开 路截线。但实际的微带线电路设计中串联短路短截线是无法实现的。Kuroda 等效给出了并联开路截线和一段传输线与串联短截线和一段传输线两种电路之 间的一种转换方法。 1、Kuroda等效设计滤波器步骤 用Kuroda等效设计滤波器大体分以下几步骤： ⑴根据Richards规则将集总参数的串联电感和并联电容变换成短路短截线和 开路短截线。 ⑵Kuroda等效通过加入相应的微带传输线把串联短截线变换为并联短截线。 ⑶选择微带线参数（厚度、介电常数及介质损耗等）根据计算的特性阻抗确 定各部分微带线段尺寸，然后进行电路仿真。
微带滤波器的设计复习过程
微带滤波器的设计复习过程微带滤波器的设计解析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。
滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。
对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。
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。
微带滤波器是在印刷电路板上，根据电路的要求以及频率的分布参数印刷在电路板上的各种不同的线条形成的LC分布参数的滤波器。
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。
低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。
高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
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。
HFSS13微带滤波器教程
HFSS13微带滤波器教程本例设计一个带通滤波器，通过微带线结构实现，工作频率覆盖5.4GHz-6.2GHz。
选用基板材料为Rogers 4350,其相对介电常数为3.66，厚度为h=0.508mm，金属覆铜厚度h1=0.018mm，表1 模型初始尺寸Array设计步骤（以HFSS13.0为例）一开始（一）建立工程1.在HFSS窗口中，选择菜单File->New2.从Project菜单中，选择Insert HFSS Design（二）设计求解模式1.选择菜单HFSS->Solution Type2.在Solution Type窗口，选择Driven Modal,点击OK二建立3D模型（一）定义单位并输入参数表1.选择菜单Modeler->Units2.设置模型单位：mm，点击OK3.选择菜单栏HFSS->Design Properties再弹出的窗口中，点ADD添加参量，将上面模型的参数表中的变量全部添加进去，如下图：（二）创建金属板R11.在菜单栏中点击Draw->Box,创建Box12.双击模型窗口左侧的Box1，改名为R1，再点击Material后面按钮，选择Edit，选择Copper，点击确定。
3.双击左侧R1的子目录Createbox，修改金属板大小及厚度。
Position输入坐标（0mm,0mm,0mm），金属板长L1=7.2mm，宽W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。
点击确定。
（三）创建金属板R1_11.在菜单栏中点击Draw->Box,创建Box22.双击模型窗口左侧的Box2，改名为R1_1，再点击Material 后面按钮，选择Edit，选择Copper，点击确定。
3.双击左侧R1_1的子目录Createbox，修改金属板大小及厚度。
Position输入坐标（W1+S1,0mm,0mm），S1=0.14mm，金属板长L1=7.2mm，宽W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。
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微带滤波器的设计解析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。
滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。
对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。
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。
微带滤波器是在印刷电路板上，根据电路的要求以及频率的分布参数印刷在电路板上的各种不同的线条形成的LC分布参数的滤波器。
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。
低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。
高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。
带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。
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。
巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。
巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。
这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的。
切比雪夫滤波器，又名"车比雪夫滤波器",是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。
切比雪夫滤波器来自切比雪夫分布，以"切比雪夫"命名，是用以纪念俄罗斯数学家巴夫尼提·列波维其·切比雪夫（ПафнутийЛьвовичЧебышёв）。
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）。
2带宽（band width）：通带的3dB带宽（flow-fhigh）。
带宽（band width）又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。
在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。
在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹（Hz）来表示。
亦称谱带半宽度（half bandwidth）或有效带宽。
无论仪器中光学系统的质量多么高，经单色器单色化后的光总是有一定的波长（宽度）范围，即具有以所指定波长（额定波长）为中心分布的一定波长范围。
通带即指最大吸光度值的一半处的谱带宽度。
3中心频率：fc或f0.每频程的上限与下限频率的几何平均值称为该频程的中心频率。
4截止频率：下降沿3dB点频率。
用来说明电路频率特性指标的特殊频率。
当保持电路输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍，或某一特殊额定值时该频率称为截止频率。
5每倍频程衰减（dB/Octave）：离开截止频率一个倍频程衰减（dB）。
6微分时延（differential delay）：两特定频率点群时延之差以ns计。
7群时延（Group delay）：任何离散信号经过滤波器的时延（ns）。
群时延即系统在某频率处的相位（相移）对于频率的变化率。
8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，dB9带内波纹（passband ripple）：在通带内幅度波动，以dB计。
10相移（phase shift）：当信号经过滤波器引起的相移。
11品质因数Q（quality factor）：中心频率与3dB带宽之比。
电学和磁学的量。
表征一个储能器件（如电感线圈、电容等）、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。
元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。
12反射损耗（Return loss）13形状系数（shape factor）：定义为。
14止带（stop band或reject band）：对于低通、高通、带通滤波器，指衰减到指定点（如60dB点）的带宽。
工程应用中，一般要求我们重点考虑通带边界频率与通带衰减、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 dU/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。
4 微带滤波器的设计通带是两个截止频率之间的频率范围。
在截止频率点，输出信号幅值下降到其最大值的0.707倍。
本小节设计一个微带低通滤波器，滤波器的指标如下：通带截止频率：3GHz.通带增益：大于-5dB,主要由滤波器的S21参数确定。
阻带增益：在4.5GHz以上小于-48dB,也主要由滤波器的S21参数确定。
通带反射系数：小于-22dB,由滤波器的S11参数确定。
在进行设计时，我们主要是以滤波器的S参数作为优化目标。
S21（S12）是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及增益、衰减全都表现在S21（S12）随频率变化的曲线上。
S11（S22）参数是输入、输出端口的反射系数，如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。
了解了滤波器的设计原理以及设计指标后，下面开始设计微带低通滤波器。
4.1建立工程新建工程，选择【File】→【New Project】，系统出现新建工程对话框。
在name栏中输入工程名：microstrip_filter,并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard:Length unit--millimet,默认单位为mm,如图12.2所示。
单击OK,完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。
4.2原理图和电路参数设计工程文件创立完毕后，下面介绍微带低通滤波器的原理图设计过程。
1）在原理图设计窗口中选择TLines-Microstrip元件面板列表，窗口左侧的工具栏变为如图12.3所示。
并选择6个MLIN、5个MLOC、1个MSUB按照图12-4所示的方式连接起来。
2）设置图12-4中的控件MSUB微带线参数H:基板厚度（0.1 mm）Er:基板相对介电常数（2.16）Mur:磁导率（1）Cond:金属电导率（6.14E+7）Hu:封装高度（1.0e+33 mm）T:金属层厚度（0.001 mm）TanD:损耗角正切（1e-3）Roungh:表面粗糙度（0 mm）完成设置的MSUB控件如图12.5所示。
3）滤波器两端的引出线是50 Ohm的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具算出。
选择【Tools】→【LineCalc】→【Start LineCalc】命令。
在打开的窗口中输入如图12-6所示的内容。
在Substrate Parameters栏中填入与MSUB相同的微带线参数。
在Component Parameters栏中填入中心频率（本例为3.0GHz）。
Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。
Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟，点击Synthesize和Analyze栏中的和箭头，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。
本例中Z0为50Ohm,E_Eff为45deg,W为0.31008mm,L为9.18284mm.另外打开的一个窗口显示当前运算状态以及错误信息，如图12.7所示。
4）双击两边的引出线TL1、TL6,分别将其宽与长设为0.31006 mm和1.5 mm.其余的微带线长度设为9.18284,宽度是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量代替，便于后面修改和优化。
双击每个微带线设置参数，W分别设为相应的变量，单位mm.在设置宽度的5个变量时，为了让它们显示在原理图上，要把Display parameter on schematic的选项勾上。
设置完变量的原理图如图12.8所示。
5）由于原理图中的MLIN和MLOC的宽度都是变量，因此需要在原理图中添加一个变量控件。
单击工具栏上的VAR 图标，把变量控件VAR放置在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次添加各微带线的W参数。
在Name栏中填变量名称，Variable Value栏中填变量的初值，点击Add 添加变量，然后单击Tune/Opt/Stat/DOE Setup…按钮设置变量的取值范围，其中的Enabled/Disabled表示该变量是否能被优化，Minimum Value表示可优化的最小值Maximum Value表示可优化的最大值，如图12.9,12.10所示。
微带滤波器中微带线的变量值及优化范围设置如下。
W1=0.1679 opt{ 0.1 to 2 },表示W1的默认值为0.1679,变化范围为0.1到2.W2=0.4772 opt{ 0.1 to 2 },表示W2的默认值为0.4772,变化范围为0.1到2.W3=0.5124 opt{ 0.1 to 2 },表示W3的默认值为0.5124,变化范围为0.1到2.W4=0.1269 opt{ 0.1 to 2 },表示W4的默认值为0.1269,变化范围为0.1到2.W5=0.1203 opt{ 0.1 to 2 },表示W5的默认值为0.1203,变化范围为0.1到2.这样一个完整的微带低通滤波器的电路就完成了，如图12.11所示。
4.3 S参数仿真设置和原理图仿真在执行仿真之前，先进行S参数仿真设置。