腔体滤波器功率容量快速仿真与测试

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腔体滤波器功率容量分析和应用教学文稿

腔体滤波器功率容量分析和应用腔体滤波器功率容量分析和应用1气体击穿现象任何气体都由原子和分子组成，它们都是中性粒子。

而且，由于宇宙射线电离或其他现象（例如光电效应），气体里面都会存在少量的电子和带电粒子（离子①）。

由于电场作用，气体中的电子和带电粒子会沿电场方向加速运动，与路径上的中性粒子或容器边沿发生碰撞。

其中电子碰撞起主要作用。

离子越重，加速越慢，则碰撞机会越少，因此碰撞中远不及电子赋予的能量。

1.1粒子碰撞根据空气动力学经典理论（布朗运动：分子永不停息地做无规则的运动。

），气体中的电子、原子、分子、离子可以视为随机状态下小范围自由运动的刚性小球，且这些球之间有相互碰撞。

呈现出碰撞的类型有两种：弹性碰撞和非弹性碰撞。

1)在弹性碰撞中，电子或离子从原子中弹出，只和原子交换能量，而不改变原子的状态。

转移给靶原子的能量不能激发靶原子内的电子时，所转移的能量就使靶原子作为整体而反冲。

2)非弹性碰撞中，电子的能量足够高，它们消耗自身的能量改变原子内部的状态。

碰撞后被激发的原子通常会很快回到它的基态能级，原子得到的能量会被辐射出来。

如果电场足够高，一些电子在碰撞中就会从原子电离出其他电子，产生二次电子和正离子。

1.2扩散在气体媒质中，粒子浓度或速度的梯度会导致沿梯度降低方向产生粒子流，这个粒子流称为扩散。

在电离气体中，电子被原子和分子沿外加电场的方向散射，散射的电子被气体容器表面吸收。

这些电子的损失被认为是扩散作用的结果。

虽然扩散的主要因素是电子的自由扩散，但扩散速率取决于电子浓度、场梯度、电子产生率、几何特征、尺寸及容器的表面条件等。

此外，扩散速率还依赖于电子和离子的相互作用。

1.3吸附效应电子可能被吸附在气体的中性粒子上。

一旦被吸附，被吸附的电子在离子化过程中不会再发挥任何作用，这是因为中性粒子的重量是电子的2000倍以上。

因此，中性粒子的速度比自由电子慢得多，它与失去的电子等价。

必须注意，这里失去的电子和扩散过程中的不一样，扩散过程的电子运动是场作用的结果。

微波腔体滤波器的快速设计及仿真

第２２卷第４期２００６年８月
微波学报
ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＭＩＣＲＯＷＡＶＥＳ
文章编号：１００５－６１２２（２００６）０４ＪＤ０５３舭
微波腔体滤波器的快速设计及仿真＋
Ｖ０１．２２Ｎｏ．４Ａｕｇ．２００６
邓贤进１’２李家胤２张健１
（】．中国工程物理研究院电子工程研究所，绵阳６２１９００；２．电子科技大学，成都６１０Ｑ５４）
万方数据
５６
微波学报
２００６年８月
５０００
ＭｋｒｌＭｋｒ２Ｍｋｒ３
５２５ＧＨｚ
５２０５５ＧＨｚ５２９０５ＧＨｚ
－０９９６ｄＢ－Ｏ６４８ｄＢ－０５４７ｄＢ
ＧＡｌＮ５ｃｏｌ“ ５０００ｄＢ
．４５００Ｃｅｎｔｅｒ５２５０００ＧＨｚ１℃ｏＩｄ３００１５ｋ
ＢＨ４ＭＨｚＲｕＲｓｏｆｒ
１２．９６ｍｍ
ｓ：２／６＝ｓ二／６＝１．５５，贝ｑｓ：：＝ｓ：。＝１．５５×１６＝
２４．８ｍｍ
ｓ：３／６＝１．７０，则５：３＝１．７０×１６＝２７．２ｍｍ
４ＡＮＳｏＦＴ－ＨＦＳＳ结构仿真
本文采用一种支持结构仿真的软件Ａｎｓｏｆｔ－ＨＦ— Ｓｓ来进行滤波器仿真。Ａｎｓｏｆｔ—ＨＦｓｓ软件是一种功能强大的三维电磁仿真分析软件，它具有强大的场分析功能，具有很高的精度。特别是在设计微波电路方面有很大的用处。
圆杆直径：ｄｏ＝ｄ５＝８．５８ｍｍ，ｄ１＝ｄ４＝６．１２ｍｍ，
ｄ２＝ｄ３＝５．８６ｍｍ
轴线间距：ｓ：１＝．ｓ４５＝１２．８６ｍｍ，．ｓ１２＝ｓ３４＝２４．５４ｍｍ，ｓ：３＝２６．８０ｍｍ
图４滤波器腔体内设计尺寸
Ｏ．５．１０．１５ —２０．３５ —３０．３５．４０４５．５０４

edatopcom_微波腔体滤波器的快速设计及仿真pdf

JOURNAL OF
学报
M ICROWAV
ES
V oAl.
22 ug.
No. 4 2006
文章编号 : 100526122 (2006) 0420053204
微波腔体滤波器的快速设计及仿真3
邓贤进 1, 2 李家胤 2 张健 1
(1. 中国工程物理研究院电子工程研究所 , 绵阳 621900; 2. 电子科技大学 ,成都 610054)
关键词 : 微波腔体滤波器 ,相对带宽 ,结构仿真
Fa st D esign and S imula tion for M icrowave Cav ity F ilter
D ENG X ian 2jin1, 2 , L I J ia2y ing1 , ZHANG J ian2 ( 1. Inst. of E lectron ic Eng ineering, CA EP, M ianyang 621900, Ch ina; 2. U n iversity of E lectron ic S cience and Technology of Ch ina, Chengdu 610054, Ch ina)
邓贤进等 :微波腔体滤波器的快速设计及仿真
图 2 归一化杆径快速设计图
图 3 归一化间距快速设计图
3 曲线的应用
设计一圆杆梳状带通滤波器 , 其相对带宽为
2% ,中心频率为 5. 25GH z,阶数 n = 4,取接地板间
的间距 b为 16mm , t为 3. 2mm 的 0. 1dB 切比雪夫波
d2 / b d3 / b
0. 400 0. 383 0. 339 0. 321 0. 302
归一化间距 (轴间距 )

腔体滤波器的仿真优化及测试

17.18
21.69
S11（-20dB ）
6.20
8.74
17.67
17.47
23.87
微波腔体滤波器综合设计
基于输入反射群延迟带通滤波器设计
谐振器耦合间距初始值
位置 S0 S12 S23 S34 S45 S0
间距
7
13.3 14.6 14.6 13.3
7
实验内容
数值模拟实验
在CST MWO中建立如图三维模型后，设置两端同轴馈入激励端口，设置频率范围以及网格划分设置，选择频域求解器中快速S参数模式计算。
实验内容
Group Delay (ns)
（4）滤波器S11 参数调试
6 5.5
5 4.5
4 3.5
3 2.5
2 1.5
1 2.35
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0 2.35
2.4
2.45
2.5
Frequency (GHz)
12 10
8 6 4 2 0 2.35
2.4
2.45
2.5
实验内容
数值模拟实验
实际上调试到中间谐振器时，整个模拟仿真过程可以基本完成，因为滤波器为对称结构设计，故后半部分结构参数与调试好的前半部分结构参数一致即可。最后，以调试完成的结构参数进行滤波器整体仿真、优化，一般情况下只需少量细微参数调整即可获得满意的仿真结果。
实验内容
数值模拟实验
实验内容
微波腔体滤波器综合设计
滤波器辅助设计软件
通常的做法是根据要求的指标通过查最大平坦度图来确定合适的腔数；
根据相对带宽和滤波器的归一化低通元件值，算出腔间耦合系数和外界Q值的理论值；

3.4GHz梳状线腔体滤波器的设计.

本科生毕业论文设计题目： 3.4GHz 梳状线腔体滤波器的设计系部学科门类工学专业电子信息工程学号姓名指导教师年月日装订线3.4GHz梳状线腔体滤波器的设计摘要在当今通信领域中，微波滤波器在通信设备中占有重要的地位，在微波毫米波通信、卫星通信、雷达、导航、制导、电子对抗、测试仪表等系统中，有着广泛的应用。

梳状线滤波器具有小体积、高Q值、高功率容量等优点，是微波滤波器中常见的腔体形式，工程实用性较强，广泛应用于通信及其它领域。

本文从滤波器的工作原理出发，分析了梳状线带通滤波器的结构特征，并利用软件Ansoft HFSS进行仿真，最后基于仿真结果制作出实物并进行了调试，使其最终达到预期的指标。

关键词：梳状线滤波器仿真调试ABSTRACTIn the field of current communication, Comb-line filters occupies an important position in communication equipment. Microwave filters has a wide range of applications in microwave communication, millimeter wave communication, satellite communication, radar, navigation, guidance, electronic against, testing instruments system. Comb-line filters have small size, high Q value, high power capacity etc, and is common in microwave filters of the recessed forms, therefore it widely used in communications and other fields . Based on the theory of filters, the structure characters of comb-line band-pass filter have been analyzed and the typical parameters have been calculated. Then the filter is simulated with software Ansoft HFSS. At last, I have manufactured a practicality based on the results of simulation and debugged it for the purpose of achieving anticipative targets.Key words：Comb-line Filter Simulation Debug目录一绪论 (1)1.1 课题来源与意义 (1)1.2 国内外发展状况 (1)1.3 课题的研究内容、方法及手段 (1)二梳状线滤波器的综合介绍 (3)2.1 梳状线滤波器的特点 (3)2.2 梳状线滤波器的结构 (3)2.3 梳状线滤波器的工作原理 (3)三梳状线滤波器的设计 (4)3.1 梳状线滤波器设计思路 (4)3.2 梳状线滤波器的技术指标 (4)3.3 梳状线滤波器的归一化原型 (4)3.4 频率变换 (5)3.5 相关的理论计算过程 (5)四运用Ansoft HFSS进行仿真设计 (7)4.1 单腔模型及仿真结果 (7)4.2 双腔模型及仿真结果 (8)五梳状线滤波器的实物制作与测试 (11)六总结与结论 (12)参考文献 (13)一绪论1.1 课题来源与意义本课题来源于科研生产。

滤波器功率容量仿真

1功率容量仿真1.1 不同级数滤波器功率容量的仿真以下各图为4 ~8级切比雪夫滤波器的响应曲线和各谐振腔所承受的功率。

其中心频率均为1950MHz ，带宽均为100MHz ，回波损耗均为20dB ，输入功率均为40dBm 。

1.851.901.952.002.051.802.10-40-30-20-10-500freq, GHzd B (S (1,1))d B (S (2,1))1.91E9 1.93E9 1.95E9 1.97E9 1.99E91.89E92.01E9343638403242frd B m (v 1[::,1])d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1])1.851.901.952.002.051.802.10-50-40-30-20-10-60freq, GHzd B (S (1,1))d B (S (2,1))1.91E91.93E91.95E91.97E91.99E91.89E92.01E935403045frd B m (v 1[::,1])d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1])d B m (v 5[::,1])1.851.901.952.002.051.802.10-60-40-20-800freq, GHzd B (S (1,1))d B (S (2,1))1.91E91.93E91.95E91.97E91.99E91.89E92.01E935403045frd B m (v 1[::,1])d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1])d B m (v 5[::,1])d B m (v 6[::,1])1.851.901.952.002.051.802.10-80-60-40-20-1000freq, GHzd B (S (1,1))d B (S (2,1))1.91E91.93E91.95E91.97E91.99E91.89E92.01E935403045frd B m (v 1[::,1])d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1])d B m (v 5[::,1])d B m (v 6[::,1])d B m (v 7[::,1])1.851.901.952.002.051.802.10-80-60-40-20-100freq, GHzd B (S (1,1))d B (S (2,1))1.91E91.93E91.95E91.97E91.99E91.89E92.01E9354030frd B m (v 1[::,1])d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1])d B m (v 5[::,1])d B m (v 6[::,1])d B m (v 7[::,1])d B m (v 8[::,1])比较以上仿真结果可以看出，第一腔和最后一腔所承受的功率始终最小，且均小于输入功率。

一种腔体滤波器全腔仿真的方法

Telecom Power Technology设计应用技术一种腔体滤波器全腔仿真的方法孟弼慧，孙雷，刘志军（京信射频技术（广州）有限公司，广东腔体滤波器的应用十分广泛，然而目前的腔体滤波器的仿真设计与实物加工往往存在较大偏差。

该背景下，介绍了一种腔体滤波器仿真方法，采用导纳矩阵提取滤波器的耦合矩阵及谐振频率，通过优化和迭代从而达到腔体滤波器全腔精确仿真的目的。

通过实例分析与样品制作，验证该方法可行，仿真效率耦合矩阵；谐振频率；腔体滤波器A Full Cavity Simulation Method for Cavity FilterMENG Bihui, SUN Lei, LIU Zhijun(Jingxin Radio Frequency Technology (Guangzhou) Co., Ltd., GuangzhouAbstract: During the construction of mobile communication networks, cavity filters are widely used, but theresimulation design and physicalthis context, the article introduces a simulation method for cavity filters, which uses admittance matrix to extract the 2023年7月10日第40卷第13期· 29 ·Telecom Power TechnologyJul. 10, 2023, Vol.40 No.13孟弼慧，等：一种腔体滤波器全腔仿真的方法（1）多端口导纳矩阵谐振频率提取的方法。

根据滤波器设计理论，对于一个无功率损耗的谐振器，其谐振时实部与虚部为0。

各谐振器的谐振频率计算公式为()(){}n3n,3n ωIm 0y ω =（2）式中：ω表示角频率，ω=2πf ；f 表示谐振频率；ωn 表示第n 个谐振器的角频率；y (3n,3n)(ω)表示第n 个谐振器对应的导纳矩阵中的Y 参数。

腔体滤波器功率容量快速仿真及测试PPT课件

腔体滤波器功率容量仿真及测试
影响腔体滤波器功率容量因素
谐振器是滤波器的基本组成单元，其储能大小决定着滤波器功率容量。
滤波器中最大场强由以下几个方面决定：

谐振器结构设计输入的峰值功率

负载的失配情况滤波器带宽

滤波器电路阶数滤波器拓扑结构
一、功率容量仿真
仿真步骤： 1、建立谐振腔模型 2、设置激励端口 3、设置场监视器 4、计算场强值 5、计算最大功率容量 6、安全比例系数
建立仿真模型
1.建立如图所示仿真模型
2.如图所示添加激励端口
点图标
开始仿真
使用参数扫描法计算需要的结构及频率如图所示，得到几组相近的频率采用需要的频点位置及合适的尺寸如图改变h（谐振柱高度），得到一组频率，与腔
体间最小间隙间隙如下表：
频率 1.165 1.38 1.50 1.61 1.69 间隙 0.5 1.13 1.75 2.375 3
被测件
功率计
2.功率容量的测试
由滤波器的原理，功率容量有平均功率容量及峰值功率容量。
平均功率容量主要考查滤波器的散热性，腔体滤波器为金属腔，导热性比较好。
峰值功率容量决定滤波器能否会被击穿，因此大多测试峰值功率容量。
测试时，使用边缘最高频率、边缘最低频率，这两处是最容易击穿的。
3.CDMA信号功率测试
以上测试方法采用的是高温低气压方式测试常温常压的功率要求，使用了低气压设备，对功放的要求不能满足时使用，只需要峰值输出功率能够达到500W左右的功放即可测试。
通常情况应在尽可能大的功率条件下，再折算成低气压测试进行测试。
4.GSM信号的功率测试
考虑到GSM信号的峰均比很小，一般功放功率都可以达到，可以直接采用GSM信号测试大功率性能，不用采用脉冲调制信号测试，此时应该注意测试时间为从加功率开始，一直到温度达到平衡为止，开始计时，持续时间10分钟，因为GSM信号的平均功率比脉冲调制信号的平均功率大，会引起温升，需要考虑温度平衡时间。

一种小型化腔体滤波器的设计

设计应用77 器有N 个谐振腔，谐振器的归一化耦合矩阵可以表示为：S1111111100SN SL S N L SN N NN NL SLLNL m m m m m m m M m m m m m m m=（1）式中，m ij （i ≠j ）表示不同谐振器之间的耦合强度，m ij ＞0表示电耦合，m ij ＜0表示磁耦合；m ij （i =1,2,…,n ）表示第i 个谐振器的谐振频率与中心频率之间的差异情况。

针对广义切比雪夫滤波器，其传输零点、反射零点以及传输奇点、反射奇点均可通过求解留数的思想进行获取。

利用传输多项式以及反射多项式推导导纳矩阵，进一步可以利用导纳矩阵推导出初始的耦合矩阵，最后对式（1）进行化简计算。

设计过程中，可编写相应的设计程序或通过软件辅助工具完成耦合矩阵的提取工作[4]。

对于腔体滤波器来说，基本单位为单腔谐振器，谐振器之间的耦合形式主要有直接耦合、空间耦合、探针耦合、膜片耦合以及耦合环耦合等，本设计谐振器之间的耦合采用空间耦合结构。

整体滤波器采用易于实现且便于调试的梳状滤波器结构，由数个横电磁模谐振器通过平行耦合构成[5]。

各谐振器的底端与金属壳体连接，均为短路状态，顶端经过集总电容接地。

2　谐振器设计依据滤波器的指标首先确定滤波器的阶数、传输函数，其次综合得出滤波器的耦合矩阵，同时根据滤波器的尺寸要求、插入损耗及功率容量来选取滤波器的结构形式，最后通过综合设计及仿真优化来确定滤波器的具体尺寸结构。

以P 波段滤波器的设计为例，其技术指标要求中心频率f 0为570 MHz 、带宽为60 MHz 、插入损耗小于0.4 dB 、通带回损耗大于20 dB 、带外抑制大于20 dB 、2次谐波和3次谐波抑制大于60 dB 、峰值功率大于400 W 。

2.1　耦合矩阵的提取采用三维电磁仿真软件CST filter Designer 3D （版本号为2021 R 1）进行辅助设计，以提取滤波器的耦合矩阵。

大功率介质腔滤波器设计

大功率介质腔滤波器设计周水杉【摘要】Aiming at the problem that cavity filter is prone to power breakdown in low pressure environment, a design method of highQvalue dielectric cavity filterwas presented, which can effectively improve the threshold of low pressure powerdischargeof filter.ATMmode dielectric cavity filter was designed and simulated using CST and Ansoft Designer. The performance of the product was tested by vector network analyzer. The test curve and the simulation curve are in good agreement with each other. This filter can be in low pressure (1.3-101000 Pa) environment through the 20W power signal, and the filter has highQvalue and small volume.%针对腔体滤波器在低气压环境下容易发生功率击穿的难题，提出了一种高Q值介质腔滤波器的设计方法，可以有效地提高滤波器低气压功率放电的阈值，按照此方法，设计了一款TM模介质腔滤波器，使用CST、Ansoft Designer软件进行仿真和优化，使用矢量网络分析仪对制作的产品进行了性能测试，测试曲线和仿真曲线完全吻合，此滤波器能够在低气压（13~101000 Pa）环境中通过20 W的功率信号，且滤波器Q值高，体积小。

腔体滤波器功率容量快速仿真与测试

当然，也可以采用脉冲调制信号测试，不用考虑温度平衡时间。
知识回顾 Knowledge Review
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被测件
功率计
2.功率容量的测试
由滤波器的原理，功率容量有平均功率容量及峰值功率容量。
平均功率容量主要考查滤波器的散热性，腔体滤波器为金属腔，导热性比较好。
峰值功率容量决定滤波器能否会被击穿，因此大多测试峰值功率容量。
测试时，使用边缘最高频率、边缘最低频率，这两处是最容易击穿的。
3.CDMA信号功率测试
建立仿真模型
1.建立如图所示仿真模型
2.如图所示添加激励端口点图标开始仿真
使用参数扫描法计算需要的结构及频率如图所示，得到几组相近的频率采用需要的频点位置及合适的尺寸如图改变h（谐振柱高度），得到一组频率，与
腔体间最小间隙间隙如下表：
频率 1.165 1.38 1.50 1.61 1.69 间隙 0.5 1.13 1.75 2.375 3
以上测试方法采用的是高温低气压方式测试常温常压的功率要求，使用了低气压设备，对功放的要求不能满足时使用，只需要峰值输出功率能够达到500W左右的功放即可测试。
通常情况应在尽可能大的功率条件下，再折算成低气压测试进行测试。
4.GSM信号的功率测试
考虑到GSM信号的峰均比很小，一般功放功率都可以达到，可以直接采用GSM信号测试大功率性能，不用采用脉冲调制信号测试，此时应该注意测试时间为从加功率开始，一直到温度达到平衡为止，开始计时，持续时间10分钟，因为GSM信号的平均功率比脉冲调制信号的平均功率大，会引起温升，需要考虑温度平衡时间。
腔体参数设置如右图
从下图得到需要的频率
3. 再通过上表得出的频率设置场强监视点。分别仿真每个间隙对应的场强值，设置场监视器。查看如图所示S参数曲线

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

腔体滤波器功率容量快速仿真与测试

腔体滤波器功率容量分析和应用教学文稿

微波腔体滤波器的快速设计及仿真

edatopcom_微波腔体滤波器的快速设计及仿真pdf

腔体滤波器的仿真 优化及测试

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一种小型化腔体滤波器的设计

大功率介质腔滤波器设计

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