小型微带带通滤波器的设计

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小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案

小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案

[导读]本文提出一种小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案。

本方案采用半波长阶跃阻抗谐振器结构,且在不相邻的谐振器之间引入交叉耦合,从而在滤波器的阻带上产生了2个传输零点,使阻带抑制在3.95~13.27 GHz小于-20 dB,使寄生通带在中心频率的3.92倍处。

方案中所设计的滤波器的最终尺寸仅为12.2 mm×11.5 mm,即0.21λg×0.2λg,相比于传统的发夹型滤波器,此滤波器的体积减小了63.5%,而且实测的结果与仿真结果达到了较好的一致性。

0 引言近年来,随着移动通信系统、雷达系统以及超宽带通信系统的发展,小型化、宽阻带性能的滤波器在实际应用中受到了广泛关注。

传统的并联分支线低通滤波器和半波长平行耦合线滤波器的寄生通带都位于中心频率的2倍处,而传统的阶跃阻抗谐振滤波器的寄生通带在中心频率的2.5倍处左右,应用时很难获得宽阻带的抑制效果。

而且此类滤波器的尺寸较大,阻带窄,受微带加工最小宽度的限制,滤波器的性能受到一定的制约。

为了得到陡峭的衰减边沿及更好的阻带特性,需要增加短路或开路短截线数,但这会进一步增大电路尺寸,并且在通带内引入更多的插入损耗。

通过在有限频率处引入传输零点可以获得较好的频率选择特性及带外抑制。

在滤波器的设计中,交叉耦合被广泛用来在阻带引入有限传输零点,这些传输零点可以很好地改善带边过渡特性及阻带抑制能力。

本文首先分析了阶跃阻抗谐振器的结构原理、三阶交叉耦合结构原理,随后提出了一种小型化宽阻带微带带通滤波器的设计方案,其寄生通带在中心频率的约4倍处,比一般的滤波器具有更宽的阻带,并对仿真与实测结果进行了分析,且得到了较好的一致性。

1 基本设计理论1.1 阶跃阻抗谐振器原理阶跃阻抗谐振器常采用λg /4 型、λg/ 2 型或λg 型三种基本谐振结构,其中λg /2 型谐振器的基本结构如图1所示,为非等电长度半波长结构,由特征阻抗分别由Z1 和Z2 的传输线组成,其对应电长度为θ1 和θ2.如果忽略结构中的阶跃非连续性和开路端的边缘电容,从开路端看的输入导纳Yin 为:式中:K 为阻抗比,定义为K = Z2 Z1.为设计方便,取θ1 = θ2 = θ,则式(1)简化为:其谐振条件为:Yin = 0,得其基频振荡条件为K = Z2 Z1 = tan 2θ。

小型化宽阻带微带带通滤波器的设计

小型化宽阻带微带带通滤波器的设计

小型化宽阻带微带带通滤波器的设计作者:胡昌海熊祥正吴彦良来源:《现代电子技术》2013年第19期摘要:提出一种小型化宽阻带微带带通滤波器,采用半波长阶跃阻抗谐振器结构,且在不相邻的谐振器之间引入交叉耦合,从而在滤波器的阻带上产生了2个传输零点,使阻带抑制在3.95~13.27 GHz小于-20 dB,使寄生通带在中心频率的3.92倍处。

滤波器的最终尺寸仅为12.2 mm×11.5 mm,即0.21λg×0.2λg,相比于传统的发夹型滤波器,此滤波器的体积减小了63.5%,而且实测的结果与仿真结果达到了较好的一致性。

所提出的滤波器具有更宽的带外抑制,更小的尺寸,且设计简单,在工程领域具有实际的应用价值。

关键词:阶跃阻抗谐振器;交叉耦合;小型化;宽阻带中图分类号: TN713.5⁃34 文献标识码: A 文章编号: 1004⁃373X(2013)19⁃0080⁃030 引言近年来,随着移动通信系统、雷达系统以及超宽带通信系统的发展,小型化、宽阻带性能的滤波器在实际应用中受到了广泛关注。

传统的并联分支线低通滤波器和半波长平行耦合线滤波器的寄生通带都位于中心频率的2倍处,而传统的阶跃阻抗谐振滤波器的寄生通带在中心频率的2.5倍处左右,应用时很难获得宽阻带的抑制效果。

而且此类滤波器的尺寸较大,阻带窄,受微带加工最小宽度的限制,滤波器的性能受到一定的制约。

为了得到陡峭的衰减边沿及更好的阻带特性,需要增加短路或开路短截线数,但这会进一步增大电路尺寸,并且在通带内引入更多的插入损耗。

通过在有限频率处引入传输零点可以获得较好的频率选择特性及带外抑制。

在滤波器的设计中,交叉耦合被广泛用来在阻带引入有限传输零点,这些传输零点可以很好地改善带边过渡特性及阻带抑制能力。

本文首先分析了阶跃阻抗谐振器[1]的结构原理、三阶交叉耦合结构原理[2-4],随后设计了一个宽阻带滤波器,其寄生通带在中心频率的约4倍处,比一般的滤波器具有更宽的阻带,并对仿真与实测结果进行了分析,且得到了较好的一致性。

微带带通滤波器的设计和实现 电子信息工程毕业设计论文

微带带通滤波器的设计和实现 电子信息工程毕业设计论文

本科毕业论文(设计)\题目:微带带通滤波器的设计和实现姓名:许小晶学号: 20081004182 院(系):机械与电子信息学院专业:电子信息工程指导教师:严彬职称:讲师评阅人:殷蔚明职称:副教授2012 年 6 月本科生毕业论文(设计)原创性声明本人以信誉声明:所呈交的毕业论文(设计)是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果,论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业论文作者(签字):签字日期: 2012 年月日摘要近几年随着商用无线通信的迅猛发展,射频/微波电路越来越得到重视和发展。

微带带通滤波器作为微波器件的一种也得到了大力的发展,尤其是在接收机前端。

带通滤波器即BPF(band-pass filter)是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备,一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带,另外,通带外的转换在极小的频率范围完成。

带通滤波器在无线通讯、图像处理和遥控遥感等各方面得到重要应用。

因此,发展高性能,研究小型化的带通滤波器是当前非常受关注的课题。

本文首先介绍了微波滤波器的应用和当前的研究情况。

然后介绍了滤波器的理论基础和重要参数。

最后该论文基于仿真软件ADS和公式的基础上,介绍了微带线带通滤波器的设计方法,同时借助ADS软件对所设计的微带线滤波器进行了仿真和优化,最终得到比较理想的微带线滤波器。

在进行原理图设计、仿真和优化的过程中,重点内容是原理图的绘制和S参数的优化。

在已知公式和表格的基础上,能够计算出滤波器的各种参数,利用这些参数能够绘制原理图;S参数的优化主要是优化范围的修改和一个不断重复的过程。

本次设计所完成的滤波器如下:通带1.9-2.0 GHz,带内衰减小于2dB,起伏小于1dB,1.7GHz 以下及2.2GHz以上衰减大于40dB。

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析微波宽带带通滤波器是一种用于微波频段的滤波器,其具有筛选特定频段信号的功能,被广泛应用于通信系统、雷达系统和无线通信等领域。

本文将介绍一种小型化微波宽带带通滤波器的工程设计分析。

1. 引言微波宽带带通滤波器的设计是一项复杂的工程,需要考虑到许多因素,如滤波器的带宽、通带插入损耗、带外抑制等。

本文将以一种小型化微波宽带带通滤波器为例,进行工程设计分析。

2. 滤波器结构设计本文选取了传统的微带线结构作为滤波器的基础结构,其优点是结构简单、制作方便,适用于小型化设计。

滤波器的主要参数包括中心频率、带宽和抑制带宽,在设计过程中需要根据实际应用需求进行选取。

3. 滤波器传输线设计滤波器的传输线是实现信号传输和滤波功能的关键部分,其设计需要考虑到传输线长度、宽度和材料等因素。

在设计过程中,可以采用软件仿真工具如ADS进行传输线参数的优化选择,以满足设计要求。

4. 滤波器耦合结构设计滤波器的耦合结构用于实现信号的耦合和解耦,是滤波器性能的重要影响因素之一。

在设计过程中,可以采用耦合矩阵法进行设计,通过调整耦合系数和相位来实现所需的频率响应。

5. 滤波器的仿真和优化在滤波器设计完成后,可以使用仿真工具进行验证和优化,以确保滤波器的性能达到预期。

常见的仿真工具包括ADS、HFSS等,可以通过改变滤波器参数和结构来达到最佳的滤波性能。

6. 滤波器的制作和测试滤波器制作时需要选择合适的材料和工艺,如PCB工艺、微带线工艺等。

制作完成后,需要使用测试设备来对滤波器的性能进行测试,包括插入损耗、抑制带宽和回波损耗等参数。

7. 结论通过对小型化微波宽带带通滤波器的工程设计分析,可以得出滤波器设计过程中需要考虑的关键因素和步骤。

滤波器的工程设计需要综合考虑传输线、耦合结构、仿真和优化等方面,以实现滤波器的设计要求。

制作和测试过程也是确保滤波器性能的关键环节。

对于不同应用场景,还需要根据具体要求进行定制化设计和测试。

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析微波宽带带通滤波器是一种用于滤除无用频率信号和保留需采集频率信号的关键器件。

本文将介绍一种小型化的微波宽带带通滤波器的设计和分析。

微波宽带带通滤波器的设计要求包括滤波器的频率范围、插入损耗和带通波纹等。

在设计中,需要选择合适的滤波器结构和滤波器元件,并对其进行参数优化以满足设计要求。

选择适合的滤波器结构是设计的第一步。

在本文中,我们选择了一种宽带带通滤波器结构——微带线滤波器。

微带线滤波器由微带线和各种衬底组成,具有结构简单、体积小和制作方便等优点,非常适合小型化设计。

接下来,我们需要选择合适的滤波器元件。

在微波频段,常用的滤波器元件有驻波腔、微带滤波元件和耦合器等。

根据滤波器的设计要求,我们可以选择合适的滤波器元件组合。

驻波腔可以用于实现滤波器的选择性,微带滤波元件可以用于实现滤波器的带通特性,耦合器可以用于实现滤波器的传输特性。

根据设计要求,进行元件的参数优化,以达到滤波器设计要求。

在设计过程中,我们还需要考虑滤波器的插入损耗和带通波纹等性能指标。

插入损耗是指信号通过滤波器时的衰减程度,带通波纹是指信号通过滤波器时频率响应的不均匀性。

为了保证滤波器的性能,我们需要在设计中兼顾这些性能指标,并进行参数的调整和优化。

我们需要进行滤波器的工程设计分析。

工程设计分析主要包括电路仿真和实际测试两个方面。

电路仿真可以通过电磁仿真软件进行,以验证滤波器设计的合理性和性能指标是否符合要求。

实际测试可以使用网络分析仪等仪器设备进行,以验证滤波器的实际性能。

本文介绍了一种小型化微波宽带带通滤波器的设计和分析。

通过选择合适的滤波器结构和滤波器元件,并进行参数优化,可以实现滤波器的设计要求。

通过电路仿真和实际测试,可以验证滤波器的性能。

这种小型化微波宽带带通滤波器可应用于无线通信、雷达系统等领域,具有广阔的应用前景。

小型化微带带通滤波器的设计的开题报告

小型化微带带通滤波器的设计的开题报告

小型化微带带通滤波器的设计的开题报告开题报告:小型化微带带通滤波器的设计一、研究背景与意义随着无线通信技术的快速发展,对滤波器的性能要求越来越高。

微带带通滤波器具有体积小、重量轻、性能稳定等优点,因此在雷达、通信、导航等领域得到广泛应用。

然而目前市场上的微带带通滤波器在小型化方面仍存在一定的局限性,难以满足日益苛刻的性能要求。

因此本研究旨在设计一款小型化微带带通滤波器,以满足现代通信系统对高性能滤波器的需求。

二、研究目标与内容1. 研究目标:本课题的主要目标是设计一款小型化微带带通滤波器,实现以下目标:(1)降低滤波器的体积和重量;(2)提高滤波器的Q值和带宽稳定性;(3)优化滤波器的带外抑制和插入损耗;(4)满足不同应用场景下的性能要求。

2. 研究内容:为实现上述研究目标,本课题将开展以下研究内容:(1)分析现有微带带通滤波器的设计方法,提取关键参数;(2)基于电磁场理论,建立微带带通滤波器的数学模型;(3)优化滤波器的尺寸、形状和材料选择,实现小型化设计;(4)采用先进的仿真软件对滤波器性能进行模拟验证;(5)制作样品,并进行性能测试与评估。

三、研究方法与步骤1. 文献调研:收集并整理国内外关于微带带通滤波器设计的相关文献资料,了解当前研究现状和发展趋势。

2. 建立数学模型:根据微带带通滤波器的电路原理,建立数学模型,包括传递函数、频率响应等。

3. 优化设计:基于建立的数学模型,采用遗传算法、粒子群算法等优化算法对滤波器参数进行优化,实现小型化设计。

4. 仿真验证:使用先进的电磁场仿真软件对优化后的滤波器性能进行模拟验证,确保满足设计要求。

5. 制作样品:根据优化结果,制作微带带通滤波器样品,并进行性能测试与评估。

6. 结果分析:对测试结果进行分析,总结设计经验,为后续研究提供参考。

四、预期成果与创新点1. 预期成果:成功设计出一款满足性能要求的小型化微带带通滤波器,并进行性能测试与评估。

2. 创新点:本课题将从以下几个方面进行创新:(1)采用先进的优化算法对滤波器参数进行优化,实现小型化设计;(2)优化滤波器的尺寸、形状和材料选择,降低滤波器的体积和重量;(3)采用电磁场仿真软件对滤波器性能进行模拟验证,提高设计的准确性和可靠性。

微带滤波器设计

微带滤波器设计

学院:电子信息学院科目:射频通信电路设计课题:微带带通滤波器设计老师:杨阳学生:蒋万欣学号:2012141451177日期:第十六教学周四微带带通通滤波器设计一、实验目的解射频滤波电路的原理及设计方法。

学习使用ADS软件进行射频电路的设计,优化,仿真。

掌握射频滤波器的制作及调试方法。

二、实验内容使用ADS软件设计一个微带低通滤波器,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、滤波器的主要参数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d/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、ADS软件的使用启动ADS进入如下界面◆点击File->New Project设置工程文件名称(本例中为Filter)及存储路径◆点击Length Unit设置长度单位为毫米◆工程文件创建完毕后主窗口变为下图◆同时原理图设计窗口打开以上为ADS建立工程的过程,在接下来的实验过程中间完整的体现这一过程。

五、微带滤波器的设计1,设计要求通带频率:4.8-5.2GHz,通带内波纹:<3dB,阻带抑制:>30dB(5.3GHz处)输入输出阻抗:50介质基板相对介电常数:2.65在进行设计时,主要是以滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真。

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。

S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数,由它可以换算出输入、输出端的电压驻波比。

一种小型化交叉耦合微带带通滤波器的设计

一种小型化交叉耦合微带带通滤波器的设计

现代电子技术Modern Electronics Technique2023年11月1日第46卷第21期Nov. 2023Vol. 46 No. 210 引 言在现代无线通信技术的不断发展下,频谱资源显得越发拥挤、终端系统也呈现小型化趋势。

这使得对射频前端系统的小型化、集成化提出了新的要求。

而滤波器作为具有选频功能的器件,一直是无线通信系统中至关重要的部分[1]。

其尺寸直接影响整机的大小,是否具备较好的选择性则直接正比于能否以更高效率利用频谱。

这就对滤波器的尺寸与性能提出了新的要求,需要在尺寸小的同时保持良好的性能。

基于此,如何设计具备小尺寸,同时性能良好的滤波器成为了广大学者关注的命题。

交叉耦合通过非相邻谐振器间进行耦合,从而在带外产生传输零点以提升带外性能。

对此,通过引入交叉耦合并对滤波器版图合理布局,设计了一款六阶交叉耦合带通滤波器。

通过各学者不断地进行研究开拓,在材料、工艺、结构上均有突破。

文献[2⁃3]总结介绍了LTCC 技术、左手材料、双通带滤波器等,而在结构上介绍了DGS 结构(缺陷接地结构)、Slow⁃Wave 结构(慢波结构)、分形结构等。

文献[4]通过IPD (集成无源电路)工艺,在硅基上设计了一款小型S 波段带通滤波器,尺寸为1.5 mm ×1 mm 。

同样是IPD 工艺,文献[5]则通过构建集总参数的方式在GaAs 基底上设计了一款5G 频段的带通滤波器,其尺寸为1.2 mm ×0.9 mm 。

文献[6⁃7]通过合理对滤波器版图布局的方式,设计了两款Ku 频段的小型化滤波器,其中Ku 频段梳状线形式的滤波器尺寸为2.4 mm ×2.1 mm ,Ku 频段发夹型滤波器尺寸则为2.6 mm ×2.5 mm 。

文献[8]提出了一种混合电磁交叉耦合结构,在三阶交叉耦合滤一种小型化交叉耦合微带带通滤波器的设计杨新宇(中国西南电子技术研究所, 四川 成都 610036)摘 要: 在现代通信技术的不断发展下,要求射频滤波器尺寸更小、性能更佳。

微带线带通滤波器的设计

微带线带通滤波器的设计

微带线带通滤波器的设计作者:李锦屏来源:《科技创新与应用》2013年第35期摘要:文章从带通滤波器出发,阐述了带通滤波器的工作原理和设计过程。

以此为基础借助ADS仿真软件设计微波滤波器,并结合设计方法,根据给定的滤波器技术指标,确定滤波器类型、最佳级数和结构,给出了一个带通滤波器的设计实例。

仿真结果表明此方法简单可行,满足工程设计要求。

关键词:带通滤波器;仿真;ADS;平行耦合线引言在微波通信系统中,微带线带通滤波器以其结构小、集成性强等优势成为各种微波产品中的常用重要器件。

随着微波技术的发展,微带滤波器的种类日益增多。

它们性能各异,设计方法也有所不同,近年来微波系统的设计越来越复杂,对微波滤波器的指标要求也越来越高,传统的设计方法已经不能满足设计的需要,ADS(Advanced Design System),是安捷伦公司推出的一套电路设计软件。

是一个己被广大电子工程设计师们所接受和喜爱,功能十分强大的EDA软件系统。

结合 ADS 软件能够在保证精度的前提下缩短设计周期、降低设计成本,降低电路的调试测量工作量,提高设计效率。

使用ADS仿真软件进行微波元器件等设计已经成为微波电路设计及优化的必然趋势。

1 滤波器设计原理对于不同结构的滤波器,均为从一系列信号中分离出所需要的频率。

由此,所有电路均可以用网络参数的形式来反映输入端和输出端的关系。

根据滤波器理论,所有类型的滤波器均可映射成归一化的低通滤波器[1]。

因此带通滤波器的设计可以先从设计归一化低通滤波器开始,然后再映射成带通滤波器,映射如图1所示.图中横坐标以分贝为单位,LA为衰减度,Lr 为通带内最大衰减度。

?棕'1为归一化截止频率,当归一化频率大于?棕'1时为阻带反之为通带。

图中的变量关系为:?棕'/?棕'1映射成[?棕/?棕0-?棕0/?棕]/?赘,其中:?棕0为带通滤波器的中心频率;?赘为带宽比,定义为?赘=(?棕2-?棕1)/?棕0。

微带线带通滤波器ADS设计方案

微带线带通滤波器ADS设计方案

个人收集整理仅供参考学习应用 ADS 设计微带线带通滤波器1、微带带通微带线地基本知识微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多地微波滤波器 ,但适合微带结构地带通滤波器结构就不是那么多了 ,这是由于微带线本身地局限性 ,因为微带结构是个平面电路 ,中心导带必须制作在一个平面基片上 ,这样所有地具有串联短截线地滤波器都不能用微带结构来实现;其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制,因而所有具有短路短截线和谐振器地滤波器也不太适合于微带结构 .b5E2RGbCAP微带线带通滤波器地电路结构地主要形式有5种:1、电容间隙耦合滤波器带宽较窄 , 在微波低端上显得太长 , 不够紧凑 , 在2GHz以上有辐射损耗 .2、平行耦合微带线带通滤波器窄带滤波器 , 有5%到 25%地相对带宽 , 能够精确设计 , 常为人们所乐用 . 但其在微波低端显得过长 , 结构不够紧凑;在频带较宽时耦合间隙较小 , 实现比较困难 . p1EanqFDPw3、发夹线带通滤波器把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成 . 这种滤波器由于容易激起表面波, 性能不够理想, 故常把它与耦合谐振器混合来用, 以防止表面波地直接耦合 . 这种滤波器地精确设计较难 . DXDiTa9E3d4、1/4 波长短路短截线滤波器5、半波长开路短截线滤波器下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器地设计 , 这里只对其整个设计过程和方法进行简单地介绍 .2、平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成地, 它不要求对地连接 , 结构简单 , 易于实现 , 是一种应用广泛地滤波器 . 整个电路可以印制在很薄地介质基片上 ( 可以簿到 1mm以下 ), 故其横截面尺寸比波导、同轴线结构地小得多;其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟 , 但采用高介电常数地介质基片 , 使线上地波长比自由空间小了几倍 , 同样可以减小;此外 , 整个微带电路元件共用接地板 ,只需由导体带条构成电路图形, 结构大为紧凑, 从而大大减小了体积和重量 . RTCrpUDGiT关于平行耦合线微带带通滤波器地设计方法 , 已有不少资料予以介绍 . 但是 , 在设计过程中发现 , 到目前为止所查阅到地各种文献 , 还没有一种能够做到准确设计 .在经典地工程设计中 , 为避免繁杂地运算 , 一般只采用简化公式并查阅图表 , 这就造成较大地误差 . 而使用电子计算机进行辅助设计时 , 则可以力求数学模型精确 , 而不追求过分地简化 . 基于实际设计地需要 , 我对于平行耦合线微带带通滤波器地准确设计进行研究 , 编制了计算机辅助设计地小程序(附上) , 并利用 CAD 软件设计了微带带通滤波器 , 仿真模拟效果令人满意 . 应用此程序 , 不仅使设计速度大为提高 , 而且大大提高了设计地准确性 . 5PCzVD7HxA设计原理图1为平行耦合线微带带通滤波器地电路结构示意图 .它有 n个谐振器 (对应于滤波器地阶数 n),每个谐振器长为半波长 (对应中心频率 ),由 n+ 1个平行耦合线节组成 ,长为四分之一波长 (对应中心频率 ).图 2为一节平行耦合线及他地等效电路 ,其中 Z0e-Z0o=2Z0;Z0e*Z 0o=Z02.jLBHrnAILg图2 平行耦合线节及其等效电路平行耦合线微带带通滤波器地设计可分为以下几个步骤进行:第一步:由给定地通带和阻带衰减特性 , 用低通到带通地频率变换式 (1), 选出合适地归一化低通原型 , 计算出滤波器地阶数 , 得到归一化低通原型地元件值(这一部分地计算可以查表得之);xHAQX74J0X第二步:用网络等效方法, 计算各级奇、偶模阻抗;第三步:由各级奇、偶模阻抗 , 综合出微带线结构尺寸(这一个部分用 PUFF 实现) .$4.2.2计算公式本文所述地设计方法 ,用到地公式很多 ,有些公式如最大平坦特性与切比雪夫特性滤波器归一化低通原型地阶数及元件值地计算公式及很多图表,很多书中都有说明 ,这里就不再介绍 ,查阅公式和图表请参阅参考书目 ,那里有很详尽地公式及图表介绍 .在此首先给出由低通到带通地频率变化式;接着给出由低通原型元件值到奇、偶模特性阻抗地计算式.LDAYtRyKfE1、由低通到带通地频率变换上式中 ,为低通原型地频率变量,是低通原型地截止频率,是带通滤波器地带边频率,是带通滤波器地频率变量,是带通滤波器地中心频率 ,是带通滤波器地相对带宽,它按下式计算:1、 耦合线节地奇、偶模阻抗设滤波器地节数为 n,归一化低通原型地元件值为 g 0,g 1,g 2 g n+1,则有以下设计公式:J 01W( 3 )Y 0'2g 0g 1 1J j, j 1 W 1 (j=1,2, ,n-1)( 4 )Y 0 2 1 'g j g j 1J n, n 1W( 5 )Y 0'2g n g n 1 1其中 ,Y 0为传输线特性导纳 ,J 代表导纳倒置转换器 ,其余参数 W 、同(1)这样 ,我们可以得第 J 个耦合线节地奇模阻抗和精模阻抗 分别为:2、 由各级奇、偶模阻抗综合出微带线结构尺寸这部分公式繁多 ,计算麻烦 ,本文应用 PUFF 软件自动计算出平行耦合线地各参数值 .$4.2.3 滤波器地理论设计设计指标:中心频率 f 0:2.45GHz ;带宽 BW :100~200MHz (这里理论计算采用 100MHz );输入、输出地特征阻抗均为 50Ω; 在f =2.15GHz 上衰减 46dB ;选用纹波系数为 0.01dB 地切比雪夫原型 .(1)、设计低通原型 由公式 (1) 计算地'=6,1则查图表得知阶数 n =3, 再次查找纹波系数为 0.01dB 地切比雪夫原型地元件数值表地:g0= 1,g1 = 0.6292,g2 = 0.9703,g3 =0.6292,g4 =1,1 '=1.(2)、计算导纳变换器地归一导纳由公式 ( 3 )、( 4 )、 ( 5 )计算得:J 01 =0.316, J 12 =0.08, J 23 =0.08, J 34=0.316. Y 0 Y 0 Y 0 Y 0(3)、计算各平行耦合线节地奇模和偶模地阻抗 由公式 ( 6 )、( 7 )计算得:( Z 0e )01=( Z 0e )34=50*(1+0.316+0.316*0.316)=70.7928Ω;dvzfvkwMI1 ( Z 0o )01=( Z 0o )34=50*(1-0.316+0.316*0.316)=39.1928Ω ;rqyn14ZNXI ( Z 0e )12=( Z 0e )23=54.32Ω ; ( Z 0o )12=( Z 0o )23= 46.32Ω ;(4)、计算平行耦合线节地 W 、S 和L 这部分计算由 PUFF 完成:在PUFF 界面按 F3,激活 F3窗口 ,设置里面地数值为:“a clines 71Ω 39 Ω 90 °”表示 a 是理想双传输线 , 长度为四分之一波长 , 偶模阻抗为 71Ω, 奇模阻抗为 39Ω; EmxvxOtOco“b clines 54Ω 46 Ω 90 °”表示 b 是理想双传输线 , 长度为四分之一波长 , 偶模阻抗为 54Ω, 奇模阻抗为 46Ω; SixE2yXPq5(其奇偶模得阻值由前面计算所得 , 其计算带宽为 100MHz.) 把光标移到 a, 安下“=”键 , 即得该传输线得参数值: L=12.523mm,W=0.846mm,S=0.292mm; 同样得 b 传输线得参数值为:L=12.217mm,W=1.099mm,S=1.482mm.理论设计完成 ,即可在 ADS 中进行优化设计与仿真 .3、具体设计过程3.1 创建一个新项目◇ 启动 ADS◇ 选择 Main windows◇ 点击建立一个新地 project ,出现下面对话框◇ 选择保存地路径和键入文件名 ,点击“ ok ”即创建了一个新项目 .◇点击,新建一个电路原理图窗口,开始设计滤波器.3.2 滤波器电路设计及仿真◇在中选择Tlines-Microstrip类,然后在这个类里面分别选择、和并安放在适当地位置 ,4 个和 2 个按照图 1放好 .6ewMyirQFL◇ 点击,加 2 个 port,并按图所示位置放好 .◇ 单击连好线 .图 1 滤波器初始电路图◇双击图 1 中地,并修改下面对话框地内容 ,主要设定基片地各种属性 .其中 H 是基片地厚度 ,Er 是介电常数 ,T 为基片上面金属层地厚度 ,TanD 是基片地损耗 .◇依次双击图 1 中地和,并修改下面对话框地内容 ,主要设定微带线节地属性(数据前面已经计算得出,图 1 中地 Mlin 是 2 节 50Ω地传输线 ,查表得宽度为 1.07mm).kavU42VRUs◇在中选择Simulation-S_Param类,然后在这个类里面分别选择和并安放在适当地位置,点击,加 2 个地端 ,最后单击按照图 2 连好线 .y6v3ALoS89图 2 滤波器 S 参数地仿真电路◇双击图 2 中地,编辑下面地对话框 ,设定 S 参数仿真地频率范围 .◇按进行仿真.◇在 Data Display 窗口 ,就是新弹出地窗口中 ,按键,选择下面对话框地内容S11、 S12.◇点击 ok 后即得滤波器地特性曲线如图 3 所示 .其带宽为 190MHz, 只是频率有所偏移 ,不能达到损耗要求 ,可以通过 TURN 改进 .M2ub6vSTnP图 3◇在窗口中选择 marker-new,然后在曲线中标识一个合适地点 ,以便优化所用 . 如上图◇回到电路图地窗口 ,点击 ,进行协调修正优化 ,然后在下面地窗口中选择修正地参数并进行修正 .个人收集整理仅供参考学习◇随着所修正参数值地变化 , 曲线也随着变化 , 达到满足要求后地值时按一下 update 按钮 , 即得到修正后地结果 , 各个参数值为 a 传输线 L =12.1mm,W=0.85mm,S=0.3mm;b 传输线 L=12mm,W=1.08mm,S=1.55mm最后.地 S参数仿真结果为:0YujCfmUCw其带宽为 190MHz,中心频率处地损耗为- 0.25dB, 满足设计要求 .5.2 版图 Momentum 仿真◇撤掉 S 参数仿真地模型 ,恢复电路如图 1 所示 ,点击 layout- Generate/Update layout,电路自动生成 layout 版图 ,如图所示:eUts8ZQVRd个人收集整理仅供参考学习◇设置 Substrate,点击,然后再点击, 即完成设置模拟 .◇设置port,点击, 编辑下面这个窗口 , 完成端口设置 .个人收集整理仅供参考学习◇Mesh 仿真 , 点击, 输入下框中地频率数值,点击 ok 开始模拟 .◇最后进行 simulate,点击, 编辑下面对话框 ,如图:设置完后点击 simulate,计算机则开始计算模拟 ,需花费一定时间 .模拟结束后自动打开 data display窗口 ,显示各种曲线 ,如图sQsAEJkW5T个人收集整理仅供参考学习个人收集整理仅供参考学习◇然后点击, 则出现下图:图 4◇点击显示S参数地曲线,如图:S12 S 参数曲线◇同上即得相位、输入输出阻抗等曲线, 如图:S12 相位曲线S21 圆图输入阻抗曲线4、总结从最后地仿真结果可以看出仿真结果与理论设计得 100MHz 带宽有一定地误差 .分析其误差得来源主要有:1、计算滤波器阶数以及切比雪夫原型地元件值所查得图表得误差;2、计算归一导纳和奇偶阻抗地数据舍入地误差;3、理论计算没有考虑基片地损耗 ,而 ADS 软件是一个工程软件 ,设计模拟过程中考虑了基片地损耗、外界地干扰等各种因素 ,使得每一节地耦合线得 Q 值降低,一共有 4 节,从而带宽明显比理论值大,这个是最主要地原因.GMsIasNXkA但是设计指标地带宽要求是 100M~ 200M,所以应用 ADS 软件地设计结果还是满足设计要求 .无源器件地设计相对简单,设计地关键就是各个参数值地计算,这个需要计算机辅助设计 ,PUFF 这样地软件给了很好地设计帮助 ,最后还要靠 ADS 软件地协调优化功能以达到最佳地设计 .另外由于 ADS 软件本身地庞大 ,学习相对困难 ,建议多查查软件中地 help 文档 ,里面地查找功能非常地强大 ,基本上在 ADS 上遇到地问题都可以从帮助里面找到答案 .TIrRGchYzg版权申明本文部分内容,包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text,pictures, and design. Copyright is personal ownership.7EqZcWLZNX 用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏,以及其他非商业性或非盈利性用途,但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定,不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利. 除此以外,将本文任何内容或服务用于其他用途时,须征得本人及相关权利人地书面许可,并支付报酬 . lzq7IGf02EUsers may use the contents or services of this articlefor personal study, research or appreciation, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the same time,they shall abide by the provisions of copyright law and otherrelevant laws, and shall not infringe upon the legitimaterights of this website and its relevant obligees. In addition, when any content or service of this article is used for other purposes, written permission and remuneration shall be obtained from the person concerned and the relevantobligee.zvpgeqJ1hk转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用,不得对本文内容原意进行曲解、修改,并自负版权等法律责任. NrpoJac3v1Reproduction or quotation of the content of this articlemust be reasonable and good-faith citation for the use of news or informative public free information. 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微带带通滤波器设计

微带带通滤波器设计

微带带通滤波器设计姓名: 杨凯学号:********** 姓名: 黄子宸学号:********** 姓名: 钱铖学号:********** ****: ***2014年5月目录摘要................................................................................................. - 1 - Abstract............................................................................................... - 1 - 第1 章引言 ...................................................................................... - 3 - §1.1 课题背景和意义 .................................................................. - 3 - §1.2 微带滤波器国内外研究情况............................................... - 5 - §1.3 滤波器的分类...................................................................... - 7 - §1.4 HFSS及ADS 介绍 .............................................................. - 8 - 第2章带通滤波器设计理论............................................................ - 9 - §2.1 带通滤波器的参数 .............................................................. - 9 - §2.2 带通滤波器的设计原型 .................................................... - 10 - §2.3 原型滤波器的元件值的归一化及其计算 ......................... - 12 - 第3章微带带通滤波器的设计与优化 .......................................... - 13 - §3.1 微带线和奇模、偶模特征阻抗......................................... - 13 - §3.2 S 参数 ............................................................................. - 16 - §3.3 设计指标及流程图 ............................................................ - 19 - §3.4 原理图设计........................................................................ - 19 -3.4.1 低通滤波器原型的参数的计算.................................. - 21 -3.4.2 奇模和偶模特性阻抗的计算...................................... - 22 -3.4.3 微带线尺寸的计算 ..................................................... - 23 -3.4.4 HFSS原理图绘制与仿真............................................ - 24 -3.4.5 ADS原理图绘制与仿真.............................................. - 25 -§3.5 微带带通滤波器的优化 .................................................... - 27 -3.5.1 对HFSS结果的优化 .................................................. - 27 -3.5.2 对ADS结果的优化.................................................... - 28 - 结束语............................................................................................... - 30 - 致谢............................................................................................... - 31 - 参考文献 ........................................................................................... - 32 -摘要本文首先介绍了微波滤波器的应用和当前的研究情况。

小型体积的一种微带线滤波器的设计

小型体积的一种微带线滤波器的设计

小型体积的一种微带线滤波器的设计随着现代无线电通信的发展,对微波产品的信号质量和体积尺寸有着越来越苛刻的要求,带通微波滤波器在微波滤波器中有非常重要的地位,它的性能和体积直接影响通信系统的整体性能。

本文设计侧边平行耦合微带线滤波器,是一种中等贷款的带通滤波器,在微波滤波器中有着广泛的应用。

标签:带通滤波器;微带线;侧边平行耦合线微波滤波器(Microwave Filters)是应用于微波频段的滤波器,他是在微波工程中有着广泛的运用,所有的微波接收机,发射机和微波试验装备都离不开微波滤波器。

微波滤波器的主要作用是抑制杂波信号,只让我们需要的信号通过,因此滤波器是一种具有频率选择作用的二端口网络。

1 方案设计侧边平行耦合微带线带通滤波器是一种具有中等贷款的微波带通滤波器,它是将并联谐振电路用二分之一波长微带线来实现,平行耦合微带线滤波器的结构如下图1。

本文设计一款通带频率范围为4.75Ghz-5.25GHz,带内允许的最大衰减为LP=1dB,通带外fs1=3.8GHz,fs2=5.9GHz处的Ls≥30dB,输入输出传输线的阻抗Z0=50Ω。

2 理论模型由于通带频率范围可知中心频率设计使用陶瓷基片的厚度h=0.8mm,相对介电常数ξr=10,计算各个耦合线的长度,理论上各个耦合线的长度都应该为λp0/4,但是耦合线的奇次,偶次有效相对介电常数不同,所以奇次偶次的模相波长也不同。

实际上采用奇次偶次的模相波长的平均数来计算耦合线长度:3 仿真设计使用Ansoft Designer软件对滤波器进行设计,选取其中的滤波器设计工具,设计带通滤波器,选择切比雪夫模型,将理论设计值带入设计软件中。

如下图3-1所示:通过仿真模型,我们可以看出设计的滤波器,与理论得到的滤波器稍有差异,微带滤波器的实际电路是由实际电路板和微带线构成的,实际电路的性能可能会与原理图仿真的结果会有很大的差别。

这就需要进行优化,我们仿真结果稍微调整一下平行耦合线的长度。

一种小型化的超宽带微带带通滤波器的设计

一种小型化的超宽带微带带通滤波器的设计

一种小型化的超宽带微带带通滤波器的设计艾明贵;梁显锋【摘要】提出了一种小型化超宽带(UWB)带通滤波器的设计方案。

带通滤波器由一个环形槽线谐振器和两对嵌入式的圆形槽线结构组成,环形槽线谐振器用来获得良好UWB通带特性,圆形槽线结构可抑制阻带内的谐波。

相对于利用级联低通滤波器抑制谐波的方法,这种结构能够有效地减小电路尺寸。

基于该结构设计的滤波器尺寸仅为。

仿真和测试结果表明,滤波器具有良好的谐波抑制作用,上阻带的工作频率达到20 GHz,抑制电平达到-20 dB。

%A compact ultra-wideband (UWB) band-pass filter (BPF)with a ring slot-line resonator and two pairs of embedded circular slot-line is proposedin this article. In the filter, the targeted UWB pass-band characteristics with the ring slot-line resonator is implemented,the spurious harmonics in the upper-stop band is suppressed by embedding the circular slot-line pared to the method of cascading band stop filter (BSF),the circuit size of the filter is reduced significantly. A prototype filter with compact si ze (13.82×6.7 mm2) based on the proposed structure is implemented.Both of the simulated and measured results showed that the UWB band-pass filter had a good performance in harmonic suppression, and the upper-stopband with more than-20 dB attenuation was up to 20 GHz.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(000)024【总页数】3页(P113-115)【关键词】超宽带;环形槽线谐振器;谐波抑制;上阻带【作者】艾明贵;梁显锋【作者单位】中国科学院空间科学与应用研究中心北京 100190; 中国科学院大学北京 100190;中国科学院空间科学与应用研究中心北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TN612002 年,美国联邦通信委员会将3.1~10.6 GHz 频段设为民用超宽带(Ultra-wideband)频段,并使之能够应用于超宽带设备[1],超宽带通信是一种无线通信新技术,带宽高达7.5 GHz,有效保障了超高速的数据传输,发射功率较低,功耗小,抗干扰性能强。

微带滤波器的设计

微带滤波器的设计

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。

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析微波宽带带通滤波器是一种在微波频段中能够传输特定频率范围内的信号,并且对其他频率的信号进行衰减的电路。

它在通信系统、雷达系统和无线传输系统等领域中起着重要的作用。

需确定滤波器的中心频率和带宽。

根据应用的要求和信号的频率范围,选择一个合适的中心频率。

然后,根据带通滤波器的通频带宽要求,确定滤波器的带宽。

接下来,选择合适的滤波器拓扑结构。

常用的微波宽带带通滤波器包括串联耦合、并联耦合和螺旋线耦合等。

根据实际需求和设计要求,选择适当的拓扑结构。

然后,进行滤波器的传输线设计。

根据滤波器的中心频率和带宽,选择合适的传输线类型,如微带线、同轴线或波导线等。

根据设计要求和传输线参数,计算传输线的长度和宽度。

接下来,进行滤波器的耦合器设计。

耦合器是将输入信号和输出信号进行耦合的关键部分。

根据滤波器的拓扑结构和设计要求,选择合适的耦合器类型,如线性耦合器、平面耦合器或螺旋线耦合器等。

根据设计要求和耦合器参数,计算耦合器的尺寸和参数。

然后,进行滤波器的响应特性设计。

根据滤波器的传输线和耦合器的设计参数,使用射频电路仿真软件,如ADS或HFSS等,在设计频率范围内,调整耦合器的参数,以满足滤波器的带通特性和带外衰减要求。

进行滤波器的尺寸优化和小型化设计。

根据滤波器的传输线长度和宽度,调整滤波器的布局和尺寸,以实现小型化设计。

考虑滤波器的尺寸对滤波器的性能的影响,进行尺寸优化,以达到最佳性能。

这种小型化微波宽带带通滤波器的工程设计分析包括确定中心频率和带宽、选择拓扑结构、传输线设计、耦合器设计、响应特性设计和尺寸优化等步骤。

通过这些设计和分析,可以实现小型化的微波宽带带通滤波器,并满足实际应用的要求。

小型发夹型SIR微带带通滤波器的设计(转载)

小型发夹型SIR微带带通滤波器的设计(转载)

小型发夹型SIR 微带带通滤波器的设计张 陈 龙摘 要:针对高性能射频滤波器结构复杂,尺寸大的问题,本文基于阶梯阻抗谐振器设计制作了一个中心频率为10.2GHz 的小型发夹型微带带通滤波器,通过把半波长阶梯阻抗谐振器耦合结构折合成“U ”字形,即发夹型结构改善了滤波器性能和缩小了滤波电路尺寸,通过软件仿真和对制作的硬件电路测试的结果表明,设计制作的滤波器在9.6GHz 到10.6GHz 范围内的插入损耗小于0.7dB ,带宽为1.71GHz ,通带中的≤11S -10dB 。

因此,该滤波器有效地抑制了寄生通带,而且结构更简单,尺寸更小。

关键词:阶梯阻抗谐振器 带通滤波器 寄生通带 发夹型 阻带抑制Abstract:For the complicated structures and big dimensions of high performance filter, a compact hairpin microstrip band -pass filter centered at 10.2 GHz is designed and developed based on stepped impedance resonator (SIR) .The performance of the filter is improved and the dimension is reduced by folding the half wavelength SIR's coupling structure to 'U' shape ,which is hairpin .The results of simulation and measurement of the filter demonstrate that the insert loss is less than 0.7 dB in the frequency from 9.6GHz to 10.6GHz ,the bandwidth is 1.71 GHz ,the S 11 in the pass band is less than -10 dB. It can be seen that this filter is not only suppress the spurious band effectively but also has a simpler and smaller structure .Key words: SIR;band -pass filter;hairpin;spurious band;stop band suppression1. 引言滤波器及其设计方法的发展已有相当长的历史,从电信发展的早期,滤波器就在电路中扮演着十分重要的角色,并随着通信技术的发展而取得不断的进步。

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析

一种小型化微波宽带带通滤波器及其工程设计分析小型化微波宽带带通滤波器是一种可以在微波频段内传输信号的滤波器。

它能够滤除带外频率的信号,同时将目标频率范围内的信号传输。

对于一些微波通信以及雷达系统等应用而言,这种滤波器非常重要。

在设计这种小型化微波宽带带通滤波器时,需要考虑到许多因素,例如滤波器的带宽、中心频率以及插入损耗等。

选择一个适当的滤波器结构是非常重要的。

常见的微波滤波器结构包括腔体滤波器、微带滤波器以及谐振陷波器等。

在选择结构时需要考虑到滤波器的尺寸、损耗以及带通特性等因素。

在设计过程中,需要利用传输线、耦合器、衰减器以及谐振陷波器等元件来构造滤波器。

传输线是滤波器的主要组成部分,它用于传输信号,并且可以通过改变其长度和宽度来调节滤波器的中心频率。

耦合器用于在滤波器不同的部分之间传输能量,以实现滤波器的带通特性。

衰减器用于降低滤波器的插入损耗,以提高滤波器的性能。

谐振陷波器可以用于抑制滤波器的不需要的频率。

在微波滤波器的工程设计中,需要进行大量的仿真和优化。

利用电磁仿真软件,可以对滤波器进行模拟,从而确定各个参数的取值。

优化是一个迭代的过程,通过不断调整参数,并进行仿真测试,来寻找最佳的滤波器设计。

材料的选择也是非常重要的。

微波滤波器通常使用低损耗的材料,例如陶瓷、氮化硅和聚四氟乙烯等,以减少滤波器的损耗。

小型化微波宽带带通滤波器在现代通信系统中具有重要的应用价值。

通过合理选择结构、优化设计以及选用合适的材料,可以实现高性能的滤波器。

未来,随着技术的不断发展,小型化微波宽带带通滤波器的设计和应用将会更加广泛。

小型化微带带通滤波器和平面魔T结构的设计与分析的开题报告

小型化微带带通滤波器和平面魔T结构的设计与分析的开题报告

小型化微带带通滤波器和平面魔T结构的设计与分析的开题报告一、研究背景与意义随着科技的不断进步,现代通信技术发展迅速。

而通信系统中的滤波器是不可或缺的一个关键元件。

其中微带带通滤波器和平面魔T结构是常见并且应用广泛的两种类型滤波器。

微带带通滤波器是一种常规的电路元件,其被广泛地应用于通信系统,尤其是在微波频段的信号传输中。

微带带通滤波器的小型化设计和性能提高,对于满足高频通信的要求具有重要意义。

平面魔T结构也是一种新型的(宽带)基于微波集成电路的射频元器件。

其在减小微波电路的大小和阻抗匹配方面具有独特的优化效果,同时还可以用来进行微波功率的分配和组合。

二、研究目的本次研究旨在探究微带带通滤波器和平面魔T结构的设计与分析,并且优化这两种元器件的性能。

具体而言,本次研究将包括以下内容:1. 对微带带通滤波器和平面魔T结构性能的调查和分析;2. 对微带带通滤波器和平面魔T结构设计中的一些关键技术进行讨论;3. 对设计到的微带带通滤波器和平面魔T结构进行仿真和测试以验证性能;4. 对设计到的两种器件进行优化,并进行比较分析。

三、主要研究内容1. 微带带通滤波器设计(1)常见微带带通滤波器结构研究;(2)使用 Ansoft HFSS 软件进行滤波器仿真设计;(3)在仿真基础上进行滤波器元器件的加工和实现;(4)对于滤波器的管脚做测试和评估。

2. 平面魔T结构设计(1)研究平面魔T结构的设计和工艺;(2)使用 ADS 软件进行仿真和设计;(3)通过实验对平面魔T结构器件的参数进行验证。

3. 优化设计和性能分析(1)通过仿真数据来进行优化设计;(2)分析性能参数如带宽、插入损耗等变化。

四、研究成果与意义通过本次研究,可以得到如下的成果与意义:1. 通过设计和优化微带带通滤波器和平面魔T结构,得到了优良的性能指标,如高增益、低波动、窄带宽等。

2. 研究了微带带通滤波器和平面魔T结构的设计、工艺和性能参数,深入分析了这两种元器件的能力和优点。

微带线带通滤波器仿真设计

微带线带通滤波器仿真设计

微带线带通滤波器仿真设计1 绪论微波滤波器是现代社会中常用的一种选频装置。

它的主要作用是对信号进行处理,根据设置的一定频率选择出有用的信号,滤除不需要的信号。

微波滤波器采用最重要的元件之一是一种用微带线作为传输线的微带电路,微带电路具有体积小、频带宽、重量轻和可靠性高等特征。

这是由于这些优点,近年来微带电路被广泛用于微波电路中,对微波电路的发展具有较大的意义。

当然,滤波器的性能会影响电路的性能指标,因此,我们需要设计出一个高性能的滤波器,这样更有利于对微波电路系统的设计。

传统滤波器制作的工作量大,计算方法比较复杂,而且效果较差,但是随着软件技术飞速的发展,如今在设计滤波器的方法上也变得更多、更快、更好。

本设计便是采用微带电路的这些特征,设计出微带线带通滤波器,该滤波器采用先进设计系统(ADS )进行仿真设计,不仅提高了工作效率,同时也有利于进一步对微带滤波器的优化。

1.1微带线滤波器的发展历程1958年,平行耦合传输线滤波器的结构被Seymour B.Cohn提出,该结构是通过平行的微带线之间形成耦合电路,从而在平面结构下实现了滤波,如图 1.1-1所示为平行耦合传输线滤波器。

平行耦合传输线滤波器的优点在于它可以对滤波器阶数和极点的个数进行控制,从而提高了滤波器的带宽,插入损耗以及稳定性。

平行耦合传输线滤波器具有微带线耦合性质,在当时具有较大意义。

U)1~ plad rMOiia cur filtjef*; G B》cn<d coupleQi: awl (r i p.mJlcI -tipled图1.1-1 平行耦合传输线滤波器随后出现了介质谐振器,P.D.Richtmeyer 利用介质块的电磁谐振的小尺寸和高 Q 值这两个优点,但是这种滤波器在实际使用中却没有得到推广,原因是这种材料的温度 稳定性很低。

20世纪60年代,具有良好的温度稳定性和高 Q 值的陶瓷材料的出现使介 质滤波器在使用中逐渐被认可。

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4 结论
本文提出了一种小型微带窄带带通滤波器的设计 ,这种滤波器体积小 、结构紧凑 、设计 尺寸灵活的特点使它非常适合应用于现代移动通讯系统中. 借助于带通滤波器原型电路以 及结构参数灵敏度分析 ,给出了中心频率的近似计算公式. 数值计算和实验结果吻合良好 , 验证了本文的设计思想.
参考文献
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Wave Letters ,1995 ,5 (11) :3712372. [4 ] 胡洁 ,朱旗 ,丁文武. 利用信号与系统概念分
(1) 从图 6 中可以看出 ,当 W1 增大时中心频率 、增益 、带宽都有不同程度的增大. 这由于
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W1 增大时 ,会使电容减小的结果. (2) 从图 7 和图 8 中可以看出 , W2 增大时中心频率变大 , L 长度变大时中心频率减小 ,
图 14 类交趾滤波器结构图 Fig. 14 Structure of pseudo2
图 15 类交趾滤波器的测量结果 图 16 本文中滤波器的模拟结果
Fig. 15 Experiment results of pseudo2
Fig. 16 Simulated results of
interdigital filters
35 mm , W2 = 0. 762 mm , W1 = 0. 508 mm , L1 = 3. 937 mm , S = 0. 254 mm (如图 4 所示) . 其模拟 结果如图 19 所示. 从图中可以看到插入损耗最小可达 - 0. 8614dB ,而插入损耗为 - 1dB 时
的带宽有 110MHz ,可以满足“蓝牙”技术对无线鼠标的指标要求.
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其中 L 、W 、t 为微带的长 、宽 、厚 ,单位为 mm , Kg 是考虑了接地板作用后的修正因子[6] , n 为 图 3 中交趾微带线的数目. 将上述微带结构按图 1 所示等效电路组合 ,理论上就可实现带通
滤波器功能. 其结构如图 4 所示 ,中心频率为
f=
5. 67 ×107
图 17 加工好的滤波器的实物照片
图 18 模拟和测量结果的比较
Fig. 17 The filter designed in this paper
Fig. 18 Simulated and experiment results
3. 4 实际应用以及设计改进
根据以上方法 ,我们设计了一种中心频率为 2. 45 GHz 的带通滤波器. 该滤波器 L = 6.
而带宽以及增益变化不明显. (3) 从图 9 中可以看出 , n 值对中心频率影响很大 , n 越大中心频率就越低. 这是由于 n
越大并联的电容越多 ,因此电容也就越大 ,造成中心频率越低.
综合以上模拟结果 ,图 10 给出修正后的滤波器等效电路图. 与原理电路图 1 相比 ,其中 计入了 W1 对电容值的影响以及 W2 引入的附加电容 ,并由此给出修正后的计算滤波器中心 频率的经验公式 (单位 :mm) :
1 理论分析
图 1 所示电路具有带通滤波器功能. 为利用微带线设计带通滤波器 ,首先分别用不同结 构的微带线来实现图 1 中的电感和电容元件. 图 2 、3 分别实现电容和电感 ,其值由[ 6 ]可得 , 分别为
L ( nH)
= 2 ×10- 7 l ln l
W+t
+
1. 193
+
0.
2235
W
+ l
3. 2 和类交趾滤波器的比较 介质板厚度为 1. 27 mm、介电常数为 10. 8 的类交趾滤波器[4]结构和测试结果如图 14 、
15 所示 ,中心频率为 1. 1 GHz. 根据本文方法 ,在相同介质板上设计中心频率为 1. 1 GHz 的 滤波器 ,电感部分用弯曲的微带来实现以减小尺寸[6] ,同时采用两个单元级联以达到和图 15 相近的带宽 , 尺寸为 W1 = 0. 127 mm , L = 2. 286 mm , W2 = 0. 127 , S = 0. 127 mm , L1 = 1. 27 mm ,其表现如图 16 所示. 本文方法设计的滤波器所需的尺寸为 10. 5 mm ×9. 8 mm ,面
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积只有图 14 的 20 %. 同时我们提出的滤波器有两个突出优点 :损耗小 ;长宽比例可以通过调 节交趾数目和微带线电感的长度进行灵活调整 ,而不象类交趾滤波器那样受制于 1/ 4 波长 限制 ,因而更适用于微波集成电路中使用.
3 扩展分析和实验结果
3. 1 多单元级联结果 由于多个电容的串联可降低电容 、降低电路 Q 值 、展宽工作带宽. 为克服上述滤波器带
宽窄的缺点 ,如图 11 所示 ,我们将两个相同滤波器串联. 图 12 、13 分别是单个滤波器单元和 由两个相同单元串联结构的模拟结果 ,其中 , W2 = 0. 4064 mm , L = 1. 4097 mm , W1 = 0. 254 mm , S = 0. 127 mm. 比较图 12 、13 可以看出 ,两者的中心频率都为 5. 5 GHz ,其中单个滤波单 元 - 1dB 带宽为 5. 1 % ,而两个单元的 - 1dB 带宽为 10 %. 从而表明利用多个滤波单元的串 联可以达到展宽工作带宽的目的.
注意到 S (2 ,1) 在 5. 8 GHz 时已达 - 4dB ,而 5. 8 GHz 是“蓝牙”技术的另一个应用频段 ,
S (2 ,1) 较高将会引入一些干扰信号. 为解决此问题 ,遵循前面思路 ,仍利用两个滤波器单元
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串联 ,只是此处采用了两个不同的滤波单元串联 ,希望通过这种不对称结构使得第二个峰的 出现频率相互错开 ,从而使 5. 8 GHz 的第二个峰消失. 图 20 给出改进后的滤波器结构及模 拟结果 ,从中可以看到在 5. 8 GHz 时 S (2 ,1) 只有 - 32dB ,在 2. 4 GHz 时 S (2 ,1) 仍然很高.
带宽为 0. 2405 GHz 的窄带带通滤波器. 而利用式 (3) 的计算结果则存在相当大的误差 ,这是
由于仅考虑了主要部分的电感和电容 ,而忽略可能引入的寄生电感电容所致.
2 结构参数的灵敏度分析
实际工作中 ,滤波器的结构参数会随环境发生微小变化 ,进而影响其工作特性 ,因而在 滤波器的实际设计中 ,仅仅给出了滤波器的中心频率 、带宽以及增益是不够的 ,特别是利用 公式 (3) 计算滤波器的中心频率存在较大误差 ,因而必须分析结构参数对滤波器性能的影 响 ,并对滤波器等效电路进行修正. 以下给出 L 、W1 、W2 等值对滤波器性能影响的具体分析.
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中 国 科 学 技 术 大 学 学 报
Vol . 34 ,No. 6
2 0 0 4 年 1 2 月 JOURNAL OF UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA Dec. 2 0 0 4
文章编号 :025322778 (2004) 0620732207
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f
=

ln
32. 4 W1 1000
×
25. 4L 1000
63. 6
0. 25
× ln
25. 4 W2 1000
- 0. 45
( GHz)
× εr
(4)
利用公式 (4) 计算得图 3 中模拟结构的中心频率为 3. 634 GHz ,与模拟结果十分接近.
图 19 用于“蓝牙”鼠标滤波器的模拟结果 Fig. 19 Simulated results of filter for Bluetooth
图 20 不对称滤波器结构及模拟结果 Fig. 20 Structure and simulated results of
asy mmetry filter
0 引言
传统微带线结构的微波器件在低频段应用时 ,面积仍较大. 例如在“蓝牙”技术 2. 4 GHz 频段处 ,传统微带结构的滤波器和微带天线的长度仍大于 12 厘米 ,显然难以应用到移动通 讯中. 因而研究小型化的微波器件已成为微波技术发展的必然. 近年来 , 多模微带滤波 器[1~4] 、类交趾滤波器[5]由于具有尺寸小 、重量轻 、低成本等特点取得了一定的发展 ,但仍存 在着面积较大 、增益不高等问题. 注意到增加滤波器结构中微带线间的有效耦合面积 ,可以 提高滤波器内部的耦合度 ,从而达到减小滤波器面积的目的. 本文提出一种小型的微带带通 滤波器设计. 在该设计中 ,采用多个相互耦合微带线以提高滤波器的耦合度 ,降低了滤波器 的面积 ,同时 ,从微带线的等效分布电感 、电容出发 ,结合模拟和试验结果 ,提出了该类滤波 器的等效 LC 电路 ,并分析了结构参数对滤波特性的影响 ,给出了计算该类滤波器中心工作 频率的经验公式 ,数值计算和实验验证了本文的设计思想.
小型微带带通滤波器的设计Ξ
张 军 ,朱 旗 ,张华亮 ,黎 洋
(中国科学技术大学电子工程与信息科学系 ,安徽合肥 230027)
摘要 :利用多条微带线间的耦合增加滤波器内部的耦合度 ,提出一种小型窄带带通滤 波器的设计 ;从微带线的等效分布电感电容出发 ,结合模拟和试验结果以及滤波器结 构参数对滤波特性的影响 ,提出该滤波器的等效 LC 电路模型以及计算中心工作频 率的经验公式. 数值模拟和试验结果验证了该设计思想. 关键词 :带通滤波器 ;小型化 ;类交趾滤波器 中图分类号 :TN8 ;TN92 文献标识码 :A
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