微带带通滤波器
微带线带通滤波器的ADS设计
应用ADS设计微带线带通滤波器1、微带带通微带线的基本知识微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，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，这样所有的具有串联短截线的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的滤波器也不太适合于微带结构。
微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有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％的相对带宽，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。
3、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，以防止表面波的直接耦合。
这种滤波器的精确设计较难。
4、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的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。
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的，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。
整个电路可以印制在很薄的介质基片上(可以簿到1mm以下)，故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的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。
关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，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的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。
微带线带通滤波器的研究
武汉理工大学硕士学位论文微带线带通滤波器的研究姓名：徐晓东申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：陈永泰20070401‘簧‘莺武汉理工大学硕士学位论文］二ｏ—————Ｔ——————ｏ＿＿＿＿——ｏ—————．Ｌ．．．＿（Ｉ）并联电基等效电路（－）并鞋电存辱兹电路图３－７微带线的并联电容和电感（３）串联电容的结构实现在微带线中集总元件串联电容可用很多方法来实现，图３．８示出主要的三种经典简单结构。
图３．８ａ是间隙电容。
图３．８ｂ是中心导带上叠层电路。
图３—８ｃ是交指电容。
关于间隙电容的计算将在设计半波长终端谐振耦合滤波器时作介绍。
图３．８微带并联电容（４）ＬＣ串联谐振电路的结构实现如图３－９Ａ所示为微带线的并联的ＬＣ串联谐振电路。
图中用一段高阻抗线实现电感Ｌ用一段低阻抗线实现电容ｃ，两者的元件参数也示于图中。
在实际应用中，对于Ｔ型接头、阻抗阶梯以及开路端都须进行修正，才能得到较好的效果。
（Ｑ）微带结构（ｂ）等效电路图３－９Ａ微带ＬＣ串联联谐振结构乙。
等Ｋ。
等㈤都有ｔ９００或其奇数倍的影象相移【弘删。
同时还可以用ＡＢＣＤ矩阵来表示理想的褂分刁…褂［ｏ］…图４－１１电抗转换关系在图中可以很清楚看到一个串联电感的两边加上阻抗变换器是与并联的电容等效的，同样，一个并联电容的两边加上导纳变换器与一个串联电感是等效的。
所以，倒置变换器只要选择适当的ＫＪ参量，就可以实现电容和电感的转换。
利用这种特性我们可以将滤波器电路转换成不同的等效的形式，给滤波器的设计带来很大的方便。
对上面两种低通原型的拓扑结构，利用倒置变换，可以转换成图４－１２所示的结构。
４１工±舞。
微带线带通滤波器的制作
二、微帶線帶通濾波器工作原理
如圖１(a)(b)所示的步階阻抗諧振
器，分別為 λ g / 、4 λ g / 2的步
階阻抗諧振器，
θ
、
1
θ
表示電氣
2
長度， Z1 、 Z2 表示傳輸線的特性
阻抗，而步階阻抗諧振器阻抗比定義
為
Rz
≡
Z1
+
Z
Hale Waihona Puke ，長度比定義21為 u ≡ θ 2 / (θ 1 + θ 2 。) 當微帶線
8. P. A. Rizzi, Microwave Engineerung Passive Circuit,1988.
9. R. W. Rhea,HF Filter Design & Computer Simulation, 1994.
10. D. M. Pozar., Microwave Engineering wiley-interscience,2004.
想的集總元件，所以常以分散式元件 替代，而比較常見的諧振器主要有下 列幾種：patch 諧振器、四分之一波長 短路微帶線諧振器及二分之一波長開 路微帶線諧振器，其中二分之一波長 開路微帶線諧振器由於不需要穿孔、 製作容易，因此最常被應用在平面的 微帶線濾波器上[2]。
本文以模擬方式模擬微帶線帶通 濾波器，並再以 FR4 機板的參數以模 擬方式證明微帶線可以應用在被動元 件上，並且可有效的縮小化，且可使 用於高頻上，而在以實作與模擬比較 兩者結果的差別。
表 1 FR4 實作與模擬比較
中心頻率 頻寬
插入損耗 反射損耗
模擬結果 2.41GHZ 220MHZ -2.23dB -38.76dB
實作結果 2.49GHZ 140MHZ -4.84dB -12.08dB
微带滤波器的原理与应用
微带滤波器的原理与应用1. 简介微带滤波器是一种常用的射频(RF)滤波器，其结构简单且成本低廉。
它广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域，用于滤除指定频率范围内的信号干扰或提取感兴趣的信号。
本文将介绍微带滤波器的原理和应用。
2. 原理微带滤波器是通过微带线结构实现的，其基本原理是利用微带线上的谐振现象。
当微带线的长度、宽度、厚度以及介质常数等参数满足特定条件时，微带线会在特定频率上谐振，产生滤波效果。
微带滤波器通常包括微带线元件和耦合结构。
微带线元件用于选择滤波器的中心频率和带宽，耦合结构用于实现滤波器的特性阻带和带通。
3. 分类微带滤波器可根据不同的设计要求和频率范围进行分类。
常见的分类方法包括：- 低通微带滤波器：只允许低于截止频率的信号通过，抑制高于截止频率的信号。
- 高通微带滤波器：只允许高于截止频率的信号通过，抑制低于截止频率的信号。
- 带通微带滤波器：允许一定范围内的信号通过，抑制其他频率的信号。
- 带阻微带滤波器：抑制一定范围内的信号，允许其他频率的信号通过。
4. 设计步骤设计微带滤波器一般包括以下步骤： 1. 确定滤波器的类型和频率范围。
2. 选择合适的基底材料和介电常数。
3. 计算微带线的长度、宽度和厚度。
4. 设计耦合结构，包括耦合线宽度和长度。
5. 仿真和优化设计，检查滤波器的性能指标。
6.制作和测试样品，验证设计的准确性。
5. 应用微带滤波器在无线通信和射频系统中有广泛应用。
以下是微带滤波器的一些主要应用： 1. 无线通信系统：微带滤波器用于抑制无线信号中的干扰信号，提高通信质量。
2. 雷达系统：微带滤波器用于提取雷达回波信号中的目标信息。
3. 卫星通信：微带滤波器用于隔离不同频段的卫星通信信号，减小干扰。
4. 移动通信设备：微带滤波器用于小型化的移动通信设备，提高工作频率的选择性。
6. 未来发展趋势微带滤波器作为一种常见而重要的射频滤波器，其发展趋势主要体现在以下几个方面： 1. 小型化：随着电子设备的小型化趋势，微带滤波器也将更加小型化，以适应集成电路和无线通信模块的需求。
微带线带通滤波器的研究
微带线带通滤波器的研究微带线带通滤波器的研究摘要：随着无线通信技术的快速发展，人们对频段选择和信号过滤的需求也越来越迫切。
微带线带通滤波器因其结构简单、小巧便携、可调谐性强等特点，在无线通信领域得到广泛应用。
本文对微带线带通滤波器的原理、设计方法以及优化方案等方面进行了清晰而详细的介绍，并通过实验验证了其性能指标。
一、引言随着移动通信、卫星通信、雷达等无线应用的普及，对频段选择和无线信号的过滤要求越来越高。
因此，研究并开发新型的带通滤波器成为了当前的热点之一。
其中，微带线带通滤波器以其结构简单、成本低、体积小、可调谐性强等特点，成为了研究和应用的关注点。
二、微带线带通滤波器的工作原理微带线带通滤波器是一种利用微带线和射频共面波（Surface Plasmon Polariton, SPP）等波导结构实现频率筛选和信号传输的设备。
其工作原理是通过微带线和相应的射频介质层，通过电磁耦合作用，在滤波器中形成带通频率响应。
通过设计微带线的几何结构、频率选择、阻抗匹配等参数，可以实现不同频段的带通效果。
三、微带线带通滤波器的设计方法1.确定滤波器的频率范围和带宽：根据实际需要确定滤波器的工作频率范围和带宽，这决定了微带线的尺寸和结构。
2.选择合适的基底材料：基底材料的介电常数和损耗对滤波器性能有重要影响，应根据设计要求选择合适的材料。
3.确定微带线的几何结构：通过计算微带线的几何尺寸，可以满足所需的中心频率和带宽。
4.优化网络参数：根据设计要求，调整微带线的宽度、长度和间隔，以获得最佳的滤波性能。
5.选择合适的匹配网络：设计合适的匹配网络，以实现输入输出的阻抗匹配，提高滤波器的效果。
6.优化设计参数：通过对微带线几何结构和网络参数进行仿真和优化，得到满足设计要求的滤波器结构。
7.制作实验样品：根据设计要求，利用微电子加工工艺制作微带线带通滤波器的实验样品。
四、微带线带通滤波器的优化方案在设计微带线带通滤波器时，为了提高其性能并减小其尺寸，可以采用以下优化方案：1.调整微带线的宽度和长度，以改变其特性阻抗和共振频率。
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略
HFSS高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真攻略HFSS（High Frequency Structural Simulator）是一款广泛应用于高频电磁场仿真的软件工具，具有高效准确的计算能力，广泛应用于微波通信、天线设计、微带滤波器设计等领域。
在微带带通滤波器设计中，HFSS软件可以帮助工程师快速准确地设计出性能优异的滤波器，提高设计效率和准确性。
本文将介绍HFSS软件在高性能平行耦合微带带通滤波器设计与仿真中的一般步骤和攻略。
一、平行耦合微带带通滤波器原理平行耦合微带带通滤波器是一种结构简单、性能良好的微带滤波器，通常由一组垂直耦合微带谐振器和几个开路微带谐振器组成。
通过合理设计电路结构中的微带谐振器的长度、宽度和耦合间隔等参数，可以实现所需的滤波特性。
平行耦合微带带通滤波器通常具有较低的插入损耗、较高的带宽和较好的阻带衰减等性能。
二、HFSS平行耦合微带带通滤波器设计步骤1.确定滤波器的工作频率和性能指标，如通带中心频率、通带带宽、阻带衰减等；2.设计滤波器的电路拓扑结构，包括微带谐振器的种类和数量、耦合方式等；3.利用HFSS软件建立滤波器的三维模型，并设置仿真参数，如工作频率、网格精度等；4.通过HFSS软件进行电磁场仿真，分析滤波器的传输特性和谐振器的工作状态，调整设计参数以满足性能指标；5.优化滤波器的结构设计，如微带谐振器的长度、宽度和耦合间隔等参数；6.在HFSS软件中进行频域和时域仿真，验证滤波器的性能指标是否满足设计要求；7.在满足性能指标的前提下，进一步优化滤波器的结构设计，以降低损耗和提高性能；8.导出最终的滤波器设计文件，用于制作和验证实际器件性能。
1.合理选择HFSS软件版本和许可证类型，确保软件功能和性能满足设计需求；2.熟练掌握HFSS软件的操作界面和基本功能，包括建模、设置仿真参数、网格划分、分析结果等；3.在建立滤波器的三维模型时，注意设计精度和模型简化，提高仿真效率和准确性；4.在仿真过程中，结合HFSS软件的参数优化功能，快速有效地调整设计参数，实现滤波器性能的优化；5.结合HFSS软件的频域和时域仿真功能，全面分析滤波器的传输特性和动态响应，确保性能指标的准确性；6.在滤波器设计的不同阶段，及时保存和备份仿真文件和结果，方便后续验证和分析；8.最终，通过HFSS软件的仿真和验证结果，确定滤波器的结构设计方案，并导出制作文件进行实际器件的制作和测试。
W波段微带线带通滤波器的设计
• 110•针对波导带通滤波器带外抑制差、不便于平面微波组件集成的缺点，设计了W波段微带线带通滤波器，该滤波器使用平行耦合微带线结构，通过低通滤波器原型电路方法，中心频率80GHz，-3dB相对带宽12%，通带内插入损耗低于1.5dB，输入输出驻波比低于1.5。
将滤波器的实际电路模型带入三维仿真软件进行级联分析，有效地解决高频微波电路中存在的腔体等寄生参数对滤波器性能的影响。
通过对三种金丝键合方法进行三维仿真分析，确定使用三根平行金丝键合方法，可使回波损耗大于25dB，插入损耗小于0.13dB。
最终微带线带通滤波器实物测试结果与仿真结果基本一致。
引言：近年来得益于微波基础理论与分析方法、新型微波材料与工艺技术的发展，太赫兹技术逐渐进入人们的生活，太赫兹技术越来越多地应用于成像、安检、医疗等诸多领域，被美国评为“改变未来世界的十大技术”之一。
滤波器是微波射频链路不可或缺的必要器件，主要用于滤除带外杂散，提高信号质量；微带线带通滤波器相对于波导带通滤波器，由于具有良好的带外抑制、便于平面微波组件集成的优点而被广泛应用。
本文介绍了一种微带线带通滤波器的设计方法，通过二维电磁仿真软件建立模型并优化，将参数带入三维电磁仿真软件进一步优化。
将实际电路模型代入仿真软件进行整体仿真，有效地解决高频微波电路中存在的腔体等寄生参数对滤波器性能的影响，通过对滤波器腔体进行优化，最终达到理想效果。
1.滤波器设计分析1.1 带通滤波器设计指标设计指标如下：W波段微带线带通滤波器的设计博微太赫兹信息科技有限公司 齐登钢 赵超颖 吴博文 韦祚东◆ 中心频率f c :80GHz ◆ 通带带宽-3dB:10GHz ◆ 截止频率：72GHz 、88GHz ◆ 相对带宽：12%◆ 驻波比（VSWR ）:<1.5◆ 中心频率插入损耗：<1.5dB 1.2 带通滤波器设计方法按照低通滤波器原型电路的设计方法，计算归一化频率。
平行耦合微带带通滤波器设计
3.3 仿真与实验结果
由表 3-3 中的数据，在 HFSS 仿真软件中建立初步仿真模型，介质板电常数 3.66，厚度为 0.508mm，高度为 0.001mm（可 忽略不计）模型图如 3-1 所示。
图 3-1 耦合微带线滤波器模型图
图 3-2 理论计算的耦合微带线带通滤波器的 S 参数曲线图
按照理论计算的数据仿真出的结果如图 3-2 所示。从图中可以看出效果很差，对其进行优化。最终优化后得到的 S 参数曲 线如图 3-3、3-4 所示。
2.2 平行耦合带通滤波器原理
图 2-1 平行耦合微带滤波器
平行耦合微带带通滤波器是根据反对称原型滤波器设计的，这样的滤波器是关于其中心对称的。这些耦合微带线结构由两 根平行放置、彼此靠得很近的微带线构成，即为谐振器，它含有 n 个谐振器，就表示滤波器的阶数，每个谐振器的长度为半波 长，由 n+1 个平行耦合线节组成，长度为四分之一波长。其带通频率响应则由低通原型滤波器转换而来，低通原型滤波器可以 用传输函数的幅度平方来定义。这种几何结构包括介质层和微带线，介质层厚度为 h,相对介电常数为εr。 微带线的奇模、偶模通过公共接地板产生耦合效应，由于耦合效应而导致了奇模、偶 模特性阻抗,并且构成分布参数元件, 将耦合微带线元件级联到一起就可得到带通滤波器的特性[8-10]。 多种方法可以实现带通滤波器，有微带、有腔体等等。腔体滤波器虽然具有 Q 值高、高选择性[10]及插损低等优点，但因其 成本较高、不易调试的缺点，并不太符合实际要求。微带滤波器就不同了，其结构紧凑、易于实现、选频特独特性等等优点， 因而在集成电路中获得广泛应用。常用的微带滤波器有发夹型滤波器、平行耦合微带线滤波器、波长短截线滤波器、交指滤波 器等形式以及微带线 EBG(电磁带隙)、DGS(缺陷地结构)等新结构形式。而平行耦合微带带通滤波器具有体积小、重量轻、易于 实现等优点，较好的符合了本项目需要。 计算物理尺寸步骤如下： 1、由已知条件选择适合的归一化低通原型滤波器，用式（2-10）求出归一化频率，进而得到滤波器阶数及滤波器参数[11-12] （可查找表格） 。
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。
微带耦合线带通滤波器的综合设计
微带耦合线带通滤波器的综合设计滤波器的功能是用来分隔频率，即通过需要的频率信号，抑制不需要的频率信号。
目前广泛采用原型滤波器设计法，所谓原型滤波器设计法就是以低通滤波器为原型，通过频率变换得到所需滤波器的电抗元件的值，然后再通过相应的器件将其实现。
该方法应用了综合设计，并且设计过程规范，再结合微波CAD 软件进行模拟，能克服理论分析精度低的缺点，并使设计周期缩短、设计成本降低。
下面首先简略介绍带通滤波器的理论分析并得出计算公式，然后以一个带通滤波器为例子介绍结合微波CAD 软件进行带通滤波器设计的整个过程。
一、低通滤波器原型：图1 低通滤波器原型电路一般用通带截止频率c ω和阻带截止频率s ω，及相对应的衰减p l 和s l 来描述低通滤波器的性能，p l 越小、s l 越大、c ω与s ω越接近，性能就越好。
L 、C 串、并联而成的梯形电路能够实现低通特性。
要进行综合设计，就需要求出工作衰减L 与电路各元件值的关系。
n 个L 、C 元件构成的低通网络，如图1，R0和Rn+1分别代表电源内阻和负载电阻，工作衰减L 为:()221221d c b a S L +++== （1.1）a ~ d 是低通网络a 矩阵的四个参数，给定n 的L 、C 低通网络的a 矩阵等于相应n 个L 、C 的a 矩阵相乘。
单独的串联L 、并联C 的a 矩阵分别为：1/10z l j ω 和110cz j ω （1.2） 计算表明，工作衰减L （dB ）可以表达为1加上ω的2n 次的一个偶次多项式：()ωn P L 21+= （1.3）例如2=n 时，22102220212422124421ωω⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=c l Z c Z l c l L （1.4）0=ω时，衰减为零，ω增加时，L 增大，因而有低通特性。
如果选取适当的函数()ωn P 做为滤波器的指标，则通过公式1.3可以求出各元件的值。
例如2=n 时设()22ωωa p =，则421ωaL +=，并假定c ωω=时，工作衰减dB L p 3=，可求得21c a ω=，即c L 241ω+=，与公式1.4比较可求出c Z l ω012=，c Z c ω022=。
微带带通滤波器
射频技术之巴公井开创作课程设计陈述题目平行耦合线带通滤波器基于ADS的设计专业学号通信工程学号学生姓名指导教师4月16日一、带通滤波器（1）简介带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。
一个模拟带通滤波器的例子是电阻电感电容电路(RLC circuit)。
这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来发生。
（2）工作原理一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，而且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。
实际上，其实不存在理想的带通滤波器。
滤波器其实不克不及够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
这通常称为滤波器的滚降现象，而且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来暗示。
通常，滤波器的设计尽量包管滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。
然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。
这种现象在通带的边沿处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。
除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很罕见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保存了作为扰动的气旋。
在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。
（3）典型应用许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个分歧频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。
这种有源带通滤波器的中心频率，在中心频率f0处的电压增益A0=B3/2B1，品质因数，3dB带宽B=1/(п*R3*C)也可根据设计确定的Q、f0、A0值，去求出带通滤波器的各元件参数值。
R1=Q/(2пfoAoC)，R2=Q/((2Q2Ao)*2пfoC)，R3=2Q/(2пfoC)。
基于ADS的微带线带通滤波器设计
项目名称：基于ADS优化的微带带通滤波器设计一、实验目的(1) 了解低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器等滤波器原理(2) 利用ADS2008软件设计，以切比雪夫滤波器为原型，设计一种微带线带通滤波器。
二、实验设备(1) PC机一台；(2) ADS2008软件；三、实验内容和要求(1) 设计一个微带线带通滤波器，以切比雪夫低通滤波器为原型；(2) 中心频率：2G+学号*50MHz；（2G+10*50MHz=2.5GHz）(3) 相对带宽：8％；（2.5GHz*8％=200MHz）四、实验原理1.滤波器原理滤波器的基础是谐振电路,它是一个二端口网络,对通带内频率信号呈现匹配传输,对阻带频率信号失配而进行发射衰减,从而实现信号频谱过滤功能。
典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。
镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。
对于微波应用,这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。
Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。
2.微带线微带线(microstrip1ine)是现在混合微波集成电路和单片微波集成电路使用最频繁的一种平面传输线。
它可用光科程序制作,且容易与其他无源微波电路和有源微波器件集成,从而实现微波部件和系统的集成化。
微带线是在金属化厚度为h的介质基片的一面制作宽度为W，厚度为t的导体带,另一面作接地金属平板而构成的。
3.耦合微带线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,这种传输线称为耦合传输线。
耦合微带传输线由靠得很近的3个导体构成。
这种结构介质厚度为d,介质相对介电常数为η,,在介质的下面为公共导体接地板,在介质的上面为2个宽度为W、相距为S的中心导体带。
五、实验步骤与结果1.设定滤波器指标中心频率：2.5GHz通带带宽：200MHz（2.4~2.6GHz）输入输出的阻抗：50Ω插入损耗：小于2dB阻带衰减：在距离中心频率300MHz处的衰减大于50dB相对带宽：8％（表示信号带宽为0.2GHz）带内输入输出端口反射系数：小于-15dB2.滤波器选用与微带线的计算0.5dB切比雪夫滤波器，5阶。
微带线型带通滤波器
微带线型带通滤波器朱海201222250266 航空航天学院1.微带线微带传输线和耦合微带线是微带线性滤波器电路中常用的传输线，也是未带原件的基本组成部分。
通常的微带线如图1所示，在相对绝缘介电常数r ε和厚度h 的基片上，具有宽度为w 厚度为t 的导体带线，在基片的底部具有良导体的地面。
微带线的主模的传输特性可用如图2所示的一个双导线等效电路来表示。
波在线上的传输速度既不同于真空中的光速，也不同于r ε中光速，而是两者混合的，混合介质中光速用0V 表示。
图1 微带线结构示意图图2 微带线的双导线等效电路混合介质相对介电常数用0ε表示。
于是得到了微带线的传输特性参数为：000,ελλεεε==V V εελπωωβ2===V LCCV L V C L Z εε10===微带线主模特性可以用两个参数表示。
通常取混合有效介电常数εε和特性阻抗0Z 。
εε又被称为有效介电常数。
微带传输线的特性阻抗和有效介电常数都与微带结构尺寸和介电常数有关。
它们可以用准TEM 模型来近似分析。
这是个静电场的边界问题。
这个问题的解法很多，主要有保角变换法，迭代渐进法，格林函数法，变分法和解积分方程等。
这些方法中大多数都要用数值计算。
所得结果常用曲线图表表示出来。
用电磁场理论对微带线的各种模式进行全面的定量分析，现在还没有完全解决。
这是由于微带线的边界问题复杂，传输模式又都是混合模，不易得到简单而明显的表示式，所以现在大都用半定量方法对其高次模进行估计，具体结构可用计算机进行模拟分析。
2.耦合微带线的特性及其电路分析在微波集成电路中，耦合微带线除了用它们来构成振荡回路，定向耦合器，阻抗变换器以及平衡不平衡变换器等基本元件外，微带型滤波器更是利用其特性来构成不同结构的各种种类的滤波器。
在耦合微带线的结构形式，两根微带线结构是相同的。
这是微带元件常用的结构，但也可以不同，下面主要讨论这种相同的对称结构。
在耦合微带线中传输的波，其主模是准TEM 波，由于耦合微带线的电磁场分别集中在两个中心导带附近，只有部分电磁场使两根导带相耦合，如果耦合微带线的间距大于4倍的耦合线宽度，则两根导带之间的耦合甚弱，就可以看成两根无耦合的微带线。
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。
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。
ADS仿真平行耦合微带线带通滤波器
ADS仿真平行耦合微带线带通滤波器滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件。
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。
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 基本原理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Z 0，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。
图1 5级耦合微带线带通滤波器2 设计步骤2. 1 设计低通原型根据带通滤波器的一系列参数通过频率变换和查表选择低通原型滤波器的归一化原型参量。
用ω1 和ω2 表示带通滤波器的下边界和上边界，ω0表示中心频率。
将带通滤波器变换为低通原型。
归一化带宽：查表得到归一化设计参数g1， g2. . . gN gN + 1。
2. 2 计算各节偶模和奇模的特性阻抗设计用g1， g2. . . gN gN + 1和BW 确定带通滤波器电路中的设计参数耦合传输线的奇模和偶模的特性阻抗:2. 3 计算微带线的几何尺寸根据微带线的偶模和奇模阻抗，按照给定的微带线路板的参数，使用ADS 中的微带线计算器L ineC alc计算得到微带线的几何尺寸W， S， L。
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射频技术-----课程设计报告题目平行耦合线带通滤波器基于ADS的设计专业学号通信工程学号学生姓名指导教师2016年4月16日一、带通滤波器（1）简介带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。
一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。
这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。
（2）工作原理一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。
实际上，并不存在理想的带通滤波器。
滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。
通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。
然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。
这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。
除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。
在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。
（3）典型应用许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。
这种有源带通滤波器的中心频率，在中心频率f0处的电压增益A0=B3/2B1，品质因数，3dB带宽B=1/(п*R3*C)也可根据设计确定的Q、f0、A0值，去求出带通滤波器的各元件参数值。
R1=Q/(2пfoAoC)，R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC)，R3=2Q/(2пfoC)。
上式中，当f0=1KHz时，C取0.01Uf。
此电路亦可用于一般的选频放大。
此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。
二、平行耦合线（1）简介平行耦合带通滤波器带通滤波器是一种分布参数滤波器滤波器，它是由微带线或耦合微带线组成，其具有重量轻、结构紧凑、价格低、可靠性高、性能稳定等优点，因此在微波集成电路集成电路中，它是一种被广为应用的带通滤波器。
滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内的频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。
微波带通滤波器在无线通信系统通信系统中起着至关重要的作用，尤其是在接收机前端。
滤波器性能的优劣直接影响到整个接收机性能的好坏，它不仅起到频带和信道选择的作用，而且还能滤除谐波，抑制杂散。
（2）工作原理边缘耦合的平行耦合线由两条相互平行且靠近的微带线构成。
根据传输线理论及带通滤波器理论，带通滤波元件是由串臂上的谐振器和并臂上的谐振器来完成，但是在微带上实现相间的串联和并联谐振元件尤为困难，为此可采用倒置转换器将串并联电路转化为谐振元件全部串联或全部并联在线上。
因此，单个耦合微带滤波器单元能够等效成一个导纳倒置转换器和接在两边传输线段的组合。
（3)参数的调试需要调试的参数主要有以下几个：输入输出端口的反射参数S11，S22；通带内衰减和阻带内衰减S21，S12；群延时[9~10]。
通过对以上参数的测量就可以得到微带滤波器的各项参数。
测量完成后，观察网络分析仪的测量结果是否达到指标要求，并把结果与实际测量结果相比较。
如果测试结果与设计要求相差过多，则需要对电路进行调整，直至重新进行设计、制板。
三、具体设计（1）ADS软件介绍ADS电子设计自动化（ADS软件全称为 Advanced Design System，是美国安捷伦公司所生产拥有的电子设计自动化软件；ADS功能十分强大，包含时域电路仿真 (SPICE-like Simulation)、频域电路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三维电磁仿真 (EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设计（DSP）；支持射频和系统设计工程师开发所有类型的 RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC，是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。
ADS软件版本有ADS2005A、ADS2004A、ADS2003C、ADS2003A、ADS2002C和ADS2002A等。
（2）设计步骤设计指标：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。
（微带板材FR4，厚度1.6MM）微带线参数H:基板厚度(1.6 mm) Er:基板相对介电常数(4.3)Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.03 mm) TanD:损耗角正切(1e-4) Roungh:表面粗糙度(0 mm)①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。
如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，并且影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。
图3-1微带带通滤波器模型及其等效电路图②首先根据滤波器参数指标，计算出滤波器低通归一化频率，查切比雪夫滤波器衰减特性表得滤波器级数n，同时查切比雪夫滤波器元件参数表可知具有带内波纹0.1db的6阶切比雪夫标准低通滤波器参数。
③根据滤波器设计要求得到滤波器带宽，从而根据公式得到参数和奇偶模阻抗的值。
④选定电路板材参数如下：厚度h为1.6mm，介电常数为4.2，相对磁导率mur为1，电导率cond为5.88e+7，金属层厚度为0.03mm。
使用ads中的计算工具linecalc计算微带线的宽度w、间距s和长度l。
由此得到的各耦合段物理尺寸参数。
⑤原理图的仿真优化。
将上述结构尺寸输入ads中，并设置介质参数和扫频参数，进行原理图仿真，其仿真结果如图4所示，可见中心频率出现了明显的偏移现象。
这是由于在设计平行耦合微带带通滤波器时没有考虑边缘场效应的影响，为此需要进行优化设定优化目标及优化控制器参数。
⑥微带滤波器的实际电路是由电路板和微带线构成行计算得出的, 实际电路的性能可能会与原理仿真图的结果有很大的差别。
版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行仿真，其结果比在原理图中仿真更加准确。
因此，可以将原理图生成版图进行矩量法(momentm)仿真。
仿真得到的曲线不能满足指标要求，那么要重新回到原理图窗口进行优化仿真，产生这种情况的原因是相邻耦合线节间的线宽相差过大或者其他参数取值不适合，这些可以改变优化变量的初值，也可以根据曲线与指标的差别情况适当调整优化目标侧参数，重新进行优化。
需要调试的参数主要有以下几个：输入输出端口的反射参数s11，s22;通带内衰减和阻带内衰减s21。
s12;群延时[9~10]。
通过对以上参数的测量就可以得到微带滤波器的各项参数。
测量完成后，观察网络分析仪的测量结果是否达到指标要求，并把结果与实际测量结果相比较。
如果测试结果与设计要求相差过多，则需要对电路进行调整，直至重新进行设计、制板。
四、测试与分析分析：测试的结果尽管不是特别完美，但还是达到了设计指标的要求，是微带带通滤波器的其中的一种，也可能跟焊接和设计制作些关系。
以后如果涉及到此项内容，希望自己可以做到更好。
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。
五、仿真图、测试图滤波器原理图：原理图仿真曲线：2.8 2.93.0 3.1 3.2 3.32.7 3.4-60-40-20-80freq, GHzd B (S (1,1))d B (S (2,1))用于生成版图的原理图：版图仿真结果：版图仿真曲线：电路板图：六、误差分析与心得误差分析：(1)所用电路板是普通的双层板，上层用来绘制电路，下层整个作为接地。
在受加工工艺的限制，尺寸精度到0.01 mm即可，线宽和缝隙宽度要大于0.2mm (2)考虑到加工电路板时的侧向腐蚀问题，微带线的宽度和长度要适当增加。
(3)在焊接技术方面，也需要得到很大的提高，因为焊点会影响到最后测量的结果与数据。
(4)最后测量时，也应排出外来干扰。
心得体会：通过从耦合微带线的基本理论出发，根据利用ADS来进行微带带通滤波器的设计方法，设计出一个达到预期效果的微带带通滤波器。
学会并利用ADS软件可以大大减少我们的设计时间和工作量，并且提高了效率降低了制作成本。
在老师的带领下，我们从对于射频什么都不了解，然后开始着手于做出这个设计。
从设计图开始，到仿真，再到拿到图版，焊接，测试。
自己也掌握到了一些知识，虽然对于射频还是十分懵懂，但老师使我产生了比较浓厚的兴趣，也觉得射频技术在以后的生活中也是可以用到并且比较重要的一门学科。
通过这次设计操作，十分感谢老师给我们提供一次这样动手的机会，也感谢对我们的帮助，让我们对这门课程有了较好的了解。