微带低通滤波器的设计1

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：f < 900MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm。

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 < 900MHz；通带插入损耗；带外100MHz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，确保各段长度均小于λ/8（λ为带内波长）。

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图1所示：

图1

（2）计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50Ώ，则有

C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*9*10^8*50) = 4.7372 pF，

C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*9*10^8*50) = 7.6606 pF，

L2 = L4 = Z0*g2/(2*pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*9*10^8) = 11.8277 nH。

（3）计算微带低通滤波器的实际尺寸：

设低阻抗（电容）为Z0l = 15Ώ。

经过计算可得W/d = 12.3656，ε e = 2.4437，则

微带宽度 W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm，各段长度 l1 = l5 = Z0l*Vpl*C1 =15*3*10^11/sqrt(2.4437)*4.7372*10^-12 = 13.6370mm，

l3 = Z0l*Vpl*C3 =15*3*10^11/sqrt(2.4437)*7.6606*10^-12

= 22.0526mm，

带内波长λ = Vpl/f =3*10^11/(sqrt(2.4437)9*10^8) = 213.23780mm，

λ/8 = 26.654725mm，

可知各段均小于λ/8，符合要求。

设高阻抗（电感）为Z0h = 95Ώ。

经过计算可得W/d =0.85，ε e = 2.0402，则

微带宽度 W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm，

各段长度 l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 24.8285mm，

带内波长λ = Vph/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*9*10^8) = 233.3613mm，

λ/8 = 29.1702mm，

可知各段均小于λ/8，符合要求。

（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：

低阻抗线 W1 = W3 = W5 = 9.3mm

l1 = l5 = 13.50mm

l3 =21.97mm

高阻抗线 W2 = W4 =1.05mm

l2 = l4 =21.03mm

三、仿真调试与结果

设计的模型

设计参数

W1 = W3 = W5 = W =12.37mm

l1 = l5 =13.64mm

l3 =20.05

W2 = W4 = W =0.85

l2 = l4 =24.83

仿真结果如图所示（S（1,1））和（S（2,1））

由于(S(1,1))的衰减不满足小于10db，所以(S(1,1))不符合要求接下来，修改参数，进行反复调试

最后参数的参数为：

W1 = W3 = W5 = 9.3mm

l1 = l5 = 13.50mm

l3 =21.97mm

W2 = W4 =1.05mm

l2 = l4 =21.03mm

最后的参数符合 f < 900MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。

最后画出该低通滤波器的平面图形