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
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。
低通滤波器的设计与实现
低通滤波器的设计与实现在信号处理和通信系统中，滤波器是一种重要的工具，用于调整信号的频率分量以满足特定的需求。
低通滤波器是一种常见的滤波器类型，它能够通过去除高于截止频率的信号分量，使得低频信号得以通过。
本文将探讨低通滤波器的设计原理和实现方法。
一、低通滤波器的设计原理低通滤波器的设计基于滤波器的频率响应特性，通过选择合适的滤波器参数来实现对信号频谱的调整。
常见的低通滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器。
1. 巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器是一种常见的低通滤波器，具有平坦的幅频特性，在通带内没有波纹。
其特点是递归性质，可以通过级联一阶巴特沃斯滤波器得到高阶滤波器。
巴特沃斯滤波器的设计需要确定截止频率和阶数两个参数。
截止频率确定了滤波器的频率范围，阶数决定了滤波器的陡峭程度。
常用的巴特沃斯滤波器设计方法有极点分布法和频率转换法。
2. 切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器是一种具有优异滚降特性的低通滤波器，可以实现更陡峭的截止特性。
与巴特沃斯滤波器相比，切比雪夫滤波器在通带内存在波纹。
切比雪夫滤波器的设计需要确定截止频率、最大允许通带波纹和阶数三个参数。
最大允许通带波纹决定了滤波器的陡峭程度。
常用的切比雪夫滤波器设计方法有递归法和非递归法。
3. 椭圆滤波器椭圆滤波器是一种折衷设计，可以实现更陡峭的截止特性和更窄的过渡带宽度。
与切比雪夫滤波器相比，椭圆滤波器在通带内和阻带内都存在波纹。
椭圆滤波器的设计需要确定截止频率、最大允许通带和阻带波纹、过渡带宽和阶数五个参数。
最大允许通带和阻带波纹决定了滤波器的陡峭程度，过渡带宽决定了滤波器的频率选择性。
常用的椭圆滤波器设计方法有变换域设计法和模拟滤波器转换法。
二、低通滤波器的实现方法低通滤波器的实现方法多种多样，常见的包括模拟滤波器和数字滤波器两类。
1. 模拟滤波器模拟滤波器是基于模拟电路实现的滤波器，其输入和输出信号都是连续的模拟信号。
常见的模拟滤波器包括电容滤波器、电感滤波器和LC滤波器。
低通滤波器设计
低通滤波器设计
低通滤波器是一种可以通过滤除高频信号来实现信号平滑的滤波器。
设计低通滤波器的基本步骤如下：
1. 确定滤波器的截止频率：截止频率是指低通滤波器开始滤除高频信号的频率。
根据具体的应用需求和信号特征来确定。
2. 选择滤波器类型：根据滤波器的性能要求和设计的复杂性来选择合适的滤波器类型。
常见的低通滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等。
3. 计算滤波器的传递函数：根据所选的滤波器类型和截止频率，计算滤波器的传递函数。
传递函数描述了滤波器输入和输出之间的关系。
4. 根据传递函数设计滤波器电路：根据滤波器的传递函数，设计相应的滤波器电路。
常见的实现低通滤波器的电路包括RC
电路、RL电路和LC电路等。
5. 调整滤波器参数：根据设计需求，对滤波器参数进行调整和优化，以达到满足指定的性能要求。
6. 进行模拟或数字滤波器设计：根据具体的应用需求，可以选择模拟滤波器或数字滤波器进行设计。
模拟滤波器适用于连续信号处理，而数字滤波器适用于离散信号处理。
7. 仿真和调试滤波器设计：使用电路仿真工具对设计的滤波器
进行仿真，并对滤波器的性能进行评估和调试。
8. 制作和测试滤波器原型：根据设计的滤波器电路，制作滤波器原型，并进行实际测试和验证滤波器的性能。
低通滤波器的设计
低通滤波器的设计一、理论基础1.数字滤波器基本原理数字滤波器是一种利用数字信号进行滤波的设备，通常由差分方程或差分方程的图解形式表示。
常见的数字滤波器类型包括递归滤波器（IIR）和非递归滤波器（FIR）。
2.数字滤波器的特性数字滤波器的特性包括通带增益、阻带增益和截止频率等。
根据不同的应用需求，我们可以选择合适的特性来设计我们所需的低通滤波器。
二、设计方法1.IIR滤波器设计IIR滤波器的设计主要基于模拟滤波器的特性转换方法，其中一种常用的方法是双线性变换法。
该方法将模拟滤波器的差分方程转换为数字滤波器的差分方程，从而实现数字滤波器的设计。
2.FIR滤波器设计FIR滤波器的设计主要基于窗函数法，该方法通过选择合适的窗函数来设计滤波器。
常见的窗函数包括矩形窗、汉宁窗和哈密顿窗等。
设计时，我们需要确定滤波器的阶数和窗函数类型，并选择合适的截止频率来满足需求。
三、设计实例以下是一个设计实例，假设我们需要设计一个以1kHz为截止频率的低通滤波器。
1.IIR滤波器设计（1）选择一个合适的模拟滤波器类型，如巴特沃斯滤波器。
（2）根据设计需求，选择合适的阶数和阻带增益。
（3）使用双线性变换法将模拟滤波器转换为数字滤波器。
（4）根据设计的数字滤波器的差分方程，计算滤波器系数。
（5）实现滤波器功能，可采用MATLAB等工具进行实现。
2.FIR滤波器设计（1）确定滤波器的阶数和窗函数类型，如选择100阶汉宁窗。
（2）根据截止频率和采样频率，计算滤波器的归一化频率。
（3）使用窗函数和归一化频率，计算滤波器的频域响应。
（4）根据频域响应，计算滤波器的时域响应。
（5）实现滤波器功能，可采用MATLAB等工具进行实现。
四、总结低通滤波器的设计是一个复杂的过程，需要根据具体的需求选择合适的滤波器类型和设计方法。
在设计过程中，需要考虑滤波器的特性、阶数、截止频率等因素，并利用数学工具进行计算和实现。
同时，设计的效果也需要进行验证和调试，以确保滤波器能够实现预期的功能。
实验四微波射频带通滤波器设计
jX / 2 1
1 cos 2sin / 2 X 2Z 0tg (l / 2v p ) 利用 B Y sin( l / v ) sin 2sin( / 2) cos( / 2) 0 p C =Y0 l / v p B Y0 sin( l ) Y0 l C l / 8: L Z0l / v p X 2Z 0tg ( l / 2) Z 0 l L
2
1.2.2 优化函数（低通）
5
(1).最平坦响应(Butterworth)
L 1 2 N ：容差系数 N：阶数 1, L 3dB
阻带衰减：
N Ls 10 lg(1 2 s )
实验4-滤波器设计11页word
实 验 报 告学生姓名： 学 号： 指导教师：一、实验室名称：数字信号处理实验室二、实验项目名称：数字滤波器的设计及实现三、实验原理：一．数字滤波器设计：1．数字滤波器设计步骤：（1） 根据给定的滤波器设计要求，得到参数化描述，即通带，阻带截止频率p ω和s ω，通带阻带纹波p δ和s δ等数据。
（2） 找一个数字系统函数G(z)，使其频率响应逼近设计要求。
（3） 择合适的滤波器结构对满足要求的传递函数G(z)进行实现。
2．数字滤波器设计中的注意事项：（1） 设计要求的参数化：图1给出了一个典型的数字低通滤波器的幅频特性说明。
理解每个参数的物理含义。
（2）IIR 滤波器和FIR FIR 的两倍；另外，FIR IIR 滤波器除较FIR 滤波器有很大的优势。
根据以上这些区别，结合实际的设计要求，就可以选择一款合适的滤波器。
（3） 波器设计的方法：由于IIR 滤波器和FIR 滤波器各自的结构特点，所以它们的设计方法也不一样。
在IIR 滤波器的设计中，常用的方法是：先根据设计要求寻找一个合适的模拟原型滤波器)(s H a ，然后根据一定的准则将此模拟原型滤波器转换为数字滤波器)(z G ，即为我们需要设计的数字滤波器。
在FIR 滤波器设计中，一般使用比较直接的方法：根据设计的要求在时域对理想的冲击响应序列进行加窗逼近，或从频域对需要实现的频率响应特性进S ω - P ω - P ωS ω 通带 阻带 过渡带 图1.典型的数字LPF 幅频特性行采样逼近然后进行反FFT 。
（4） 波器阶数估计：IIR 滤波器的阶数就等于所选的模拟原型滤波器的阶数，所以其阶数确定主要是在模拟原型滤波器设计中进行的。
FIR 滤波器阶数估计可以根据很多工程中的经验公式，这些公式可以直接从设计的参数要求中估计滤波器阶数。
例如，对FIR 低通滤波器，已知通带截止频率p ω，阻带截止频率s ω，最大通带纹波p δ和最大最带纹波s δ，则可以使用下面的公式估计其阶数：πωωδδ2/)(6.1413)(log 2010p s s p N ---≅3．数字滤波器的设计方法：（1） IIR 滤波器设计方法：(a)冲击响应不变法：A. 满足设计要求的模拟原型滤波器)(s H a 进行部分分式展开为： B. 由于 ，可以得到：(b)双线性变换法：A. 设计要求中给出的边界频率进行预畸处理，然后用得到的频率进行模拟滤波器设计，得到模拟原型滤波器)(s H a 。
微带低通滤波器的设计
微带低通滤波器的设计朱晶晶摘要：本文通过对国内外文献的查看和整理，对课题的研究意义及滤波器目前的发展现状做了阐述，然后介绍了微带线的基本理论,以及滤波器的基本结构，归纳了微带滤波器的作用和特点。
之后对一个七阶微带低通滤波器进行了详细的研究，最后利用三维电磁场仿真软件ANSYS HFSS 进行仿真验证，经过反复调试，结果显示满足预期的性能指标。
关键字：微带线；低通滤波器；HFSSAbstract:View and finishing this article through to the domestic and foreign literature, the research significance and the filter to the current development status of, and then introduces the basic theory of microstrip line, and the basic structure of the filter, summarizes the function and characteristics of microstrip filter.After a seven step microstrip low-pass filter has carried on the detailed research, the use of 3 d electromagnetic field simulation software ANSYS HFSS simulation verification, after repeated testing, the results show that meet the expected performance index.Key word: microstrip line; low-pass filter; HFSS1.引言随着无线通信技术的快速发展，微波滤波器已经被广泛应用于各种通信系统，如卫星通信、微波中继通信、军事电子对抗、毫米波通信、以及微波导航等多种领域，并对微波滤波器的要求也越来越高。
微带线低通滤波器设计
近代微波技术课程报告姓名王翩学号M*********院系电子信息工程专业电磁场与微波技术类别硕士指导老师马洪考试日期2011年7月8日微带线低通滤波器设计设计参数要求设计特征阻抗为50Ω的低通滤波器，其截止频率为f 1=2.5GHz(3dB 衰减)，在f 2=5GHz 处要求衰减大于30dB ，要求有详细设计步骤，并且用分布参数元件实现。
滤波器选型选择巴特沃兹型滤波器，其衰减特性表示为221()10lg[1(/)]n A f f f ε=+其中n 为滤波器阶数，这里取1ε=。
2()30A f ≥代入上式解的n ≥4.98，取n=5，即选取5阶巴特沃兹滤波器。
5阶归一化巴特沃兹低通滤波器（截止频率1/(2)πHz ，特征阻抗1Ω）有如下两种实现方式。
第一种是第一个元件是串联电感，第二种是第一个元件是并联电容，以下简称电感型和电容型。
图1 第一个元件是串联电感的5阶归一化巴特沃兹LPF图2 第一个元件是并联电容的5阶归一化巴特沃兹LPF使用集总参数实现巴特沃兹型LPF设待求滤波器截止频率(1f )与基准滤波器截止频率(0f )的比值为M ，则有1010 2.5 1.57101/(2)f GHz M f Hzπ===⨯ 设计截止频率为1f 的滤波器，要经过频率变换，将基准滤波器中各元件值除以M 。
滤波器特征阻抗变换是通过先求出带设计滤波器阻抗与基准滤波器特征阻抗的比值K ，再用K 去乘基准滤波器中的所有电感元件值和用这个K 去除基准滤波器中所有电容元件值来实现的。
公式如下：50501K ===待设计滤波器的特征阻抗基准滤波器的特征阻抗通过上述两步变换可以得到实际的元件值计算公式：K/M NEW OLD L L =⨯ C /()NEW OLD C KM =下面以以上公式推导出待求滤波器各元件取值。
表一：电感型滤波器各元件值H1 C1 H2 C2 H3 基准滤波器 0.61803H1.61803F2H1.61803F0.61803H待求滤波器1.96723nH2.06013pF 6.36618nH 2.06013pF 1.96723nH表二：电容型滤波器各元件值C1 H1 C2 H2 C3 基准滤波器 0.61803F 1.61803H 2F 1.61803H 0.61803F 待求滤波器0.78690 pF5.15035nH2.54648 pF5.15035nH0.78690 pF图3 电感型5阶巴特沃兹LPFm1m2freq, GHzd B (S (2,1))m1freq=dB(S(2,1))=-3.0102.500GHz freq=dB(S(2,1))=-30.1075.000GHz图4(a) 电感型衰减特性曲线频率(GHz)幅值(d B )图4(b) Matlab 编程得到的衰减特性12345678910-400-300-200-100-500freq, GHzp h图4(c) ADS 仿真相频特性-450-400-350-300-250-200-150-100-50频率(GHz)相位(度)图4(d) Matlab得到的相频特性图5 电容型5阶巴特沃兹LPFfreq, GHzdB(S(2,1))m1m2m1freq=dB(S(2,1))=-3.0102.500GHzm2freq=dB(S(2,1))=-30.1075.000GHz图6(a) 电容型衰减特性曲线频率(GHz)幅值(d B )图6(b) Matlab 编程得到的衰减特性曲线12345678910-400-300-200-100-500freq, GHzp h图6(c) ADS 仿真电容型LPF 相频特性频率(GHz)相位(度)图6(d) Matlab 得到的电容型LPF 相频特性通过图4和图6使用ADS 软件和Matlab 仿真结果可以看出，在2.5GHz 处衰减为3dB ，在5GHz 处衰减大于30dB ，而且通过相频特性曲线可以看出两种LPF 都具有很好的线性相频特性曲线。
微带滤波器的设计制作与调试
S参数测试框图
噪声系数测试框图
低噪声放大器的调试（续）
? 需要测试的参数主要有以下几个 ?S11，S22：输入、输出端的反射系数 ?S21：传输系数，由此可测得放大器的增益 ?噪声系数
? 将测试结果与仿真结果相比较，并看其是否满 足设计指标。
? 若不满足设计指标，则对结果进行分析后，通 过调整元器件的参数（电容，电感，电阻的 值），使其达到设计指标。
? 噪声系数
? 定义 ? 意义是信号通过放大 ?ê è?
器后，信噪比恶化的
Sin ￠ ? 2¨?·′ ó ?÷ Sout ?ê 3?
Nin
Nout
倍数。
低噪声放大器的技术指标（续）
? 稳定系数
定义 ?
K
1? ?
S 11 2 ?
S 22
2?
D2
2 S 12 S 21
式中S11，S22，S21，S12是晶体管的S参数，
低噪声放大器的设计
? 设计时要注意的问题
? 晶体管模型的选择
? sp模型：属于小信号线性模型，模型中已经 带有了确定的直流工作点，和在一定范围内 的S参数。
? 大信号模型：可以用来仿真大、小信号，需 要自行选择直流工作点，仿真时要加入馈电 电路和电源。带有封装的大信号模型可以用 来生成版图。
? 集总参数元件的取值
?SP模型的优化仿真
?将噪声系数、放大器增益、稳定系数都加入
优化目标中进行优化，并通过对带内放大器 增益的限制来满足增益平坦度指标，最终达 到各个要求指标。
?如果电路稳定系数变得很小 (低于0.9)，或
者S(1,1) 的值在整个频带内的某些频点在 0dB以上，则需要加入负反馈，改善放大器 的稳定性。
微带结构低通滤波器设计
普通本科毕业设计题目：微带结构低通滤波器设计学院软件与通信工程学院学生姓名学号专业届别指导教师职称副教授二〇一六年七月普通本科生毕业论文（设计）诚信承诺书江西财经大学普通本科毕业设计摘要随着雷达和无线通信等无线电技术的飞速发展，研制低成本、高性能和小型化的微波电路已经成为了一项及其紧迫的任务。
在微波通信、卫星通信、雷达导航等系统中，滤波器是重要的器件之一，它的性能好坏往往会对整个通信系统的性能指标产生直接的影响。
工程设计和市场竞争的趋势要求电路一方面要满足电气性能指标，另一方面还要尽可能地减少电路所占用的空间。
目前，在射频/微波电路中较常选用的是微带线结构的微波滤波器。
这种结构的滤波器重量轻、通过光刻技术容易加工且方便与其他微波电路集成在一起，故许多通信系统均使用此类滤波器。
但是，根据传统方法设计出来的微带结构滤波器的尺寸一般比较大，而且在性能上也存在着一定局限，往往无法满足现在无线通信系统的要求。
为了提高微带结构滤波器的性能，本论文重点研究微带线结构低通滤波器的设计与实现。
主要从低通滤波器理想电路设计和微带结构低通滤波器设计两方面进行分析研究。
在理想电路设计方面，采用了电容式和电感式两种设计方案。
通过对理想电路的仿真结果比较，选择效果更加理想的电容式作为设计方案。
在微带结构设计方面采用了阶梯阻抗线形式和开路线形式的设计方法，通过运用sonnet仿真比较，发现在带内特性方面，开路线形式优于阶梯阻抗线形式，但是开路线在截止频率方面的表现略劣于阶梯阻抗线。
另外，二种设计思路都有一个共同的缺点——带外衰减太慢。
鉴于此，本论文最后提出具有传输零点的低通滤波器的设计方案，以此来解决带外衰减慢的问题，同时达到展宽阻带的作用。
【关键词】低通滤波器微带结构微波阶梯阻抗AbstractWith the rapid development of radio technologies such as radar and wireless communication, it is very necessary to design miniaturized microwave circuits with good performances and low cost. In the systems of satellite communications, radar and navigation, microwave filter is one of the key components whose performance directly impact on the behavior of the whole communication system. Under the trend of engineering design and market competition, it is required for the circuits to meet the electrical performance targets and minimize the space occupied by the circuit. At present, microstip structure is often used to design filters in RF/microwave circuits. Filters using microstip structure have good characteristics of small size, light weight, and can be easily produced by lithography and integrated with other microwave circuits. Therefore, many communication systems select this kind of filter. However, the size of filter designed by traditional methods is usually relatively large and there are certain limitations of performance indicators, which thereby can not meet the requirement of wireless communication systems.In order to improve the performance of microstrip filter, this paper focuses on the study of the design and realization of microstrip low-pass filter. Ideal low-pass circuit design and microstrip low-pass filter design are two parts of this research. In the part of ideal circuit design, capacitive and inductive design proposals are employed. By comparing the simulated results, the capacitive design proposal is adopted due to its better characteristics. In the part of microstrip low-pass filter design, step-impedance and open-circuit structures are used. By using the electromagnetic simulator sonnet to compare the response results, it can be seen that open-circuit structure is better than step-impedance structure in the passband of the filter, but open-circuit structure is worse than step-impedance structure for the performance of cutoff frequency. In addition, very slow attenuation in the stopband is a common drawback for both structures. In view of this, this paper presents a novel low-pass filter design scheme with transmission zeros to solve the problem of slow attenuation, and to enlarge the bandwidth of stopband.【Key words】Low-pass filter; Microstrip structure; Microwave; Step-impedance目录1 绪论1.1 研究背景与意义 (1)1.2 发展历程及国内外研究现状 (1)2 滤波器与微带线基础理论2.1 滤波器的原理 (3)2.2 滤波器的分类.............................. 错误！未定义书签。
低通滤波器设计实验报告
低通滤波器设计实验报告实验报告：低通滤波器设计实验一、引言二、实验目的1.了解低通滤波器的工作原理；2.学习设计并实现一个基本的低通滤波器；3.掌握滤波器的性能指标及测试方法。
三、实验原理（插入低通滤波器的频率特性图）低通滤波器的频率特性通常由三个主要指标来描述：截止频率、通带增益和阻带抑制。
截止频率是指在该频率上，滤波器输出信号的幅度下降到输入信号幅度的一半。
通带增益是指在截止频率以下，滤波器对信号的放大倍数。
阻带抑制是指在截止频率以上，滤波器对信号的削弱。
根据实验要求，我们将设计一个RC低通滤波器。
RC低通滤波器使用一个电阻-电容（RC）电路来实现滤波功能。
其理论的3dB截止频率可由以下公式计算得出：f_c=1/(2πRC)四、实验步骤1.根据实验要求，选择合适的电阻R和电容C的数值。
推荐选择R为1kΩ，C为1uF；2.连接电阻和电容组成RC低通滤波器电路；3.输入测试信号，通过滤波器；4.测试输出信号，并记录测量值；5.使用示波器观察输入和输出信号的波形，比较滤波效果。
五、实验结果实验中我们选择了电阻值为1kΩ，电容值为1uF的RC低通滤波器进行设计。
通过实验测试，我们在输入方波信号中观察到了明显的滤波效果。
输出信号的高频分量被滤除，输出波形更加平滑。
使用示波器测量了输入和输出信号的幅度并记录如下：（插入输入输出信号的幅度测量表）根据测量结果，我们可以计算出滤波器的截止频率为：（计算结果）。
通过观察示波器上的波形，我们发现输出信号的幅度在截止频率以下保持稳定放大，而在截止频率以上则逐渐衰减。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了低通滤波器的基本原理，并设计并实现了一个基本的RC低通滤波器。
通过观察示波器上的波形和测量输出信号的幅度，我们判断滤波器的截止频率和滤波效果。
本次实验的结果表明，RC低通滤波器可以有效滤除输入信号中的高频分量，从而实现对低频信号的保留。
滤波器的截止频率和增益等参数可以通过选择合适的电阻和电容数值来实现。
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。
微型LTCC四级带通滤波器的设计
２ Ｏ ｌ ７年 ６ 月
＾ ｊ Ａ，
固体 电子 学研 究 与进 展
Ｒ Ｅ Ｓ Ｅ ＡＲ ＣＨ ＆ Ｐ ＲＯＧＲＥ Ｓ Ｓ ＯＦ Ｓ Ｓ Ｅ
Ｖｏ １ ． ３ ７， ＮＯ ．３
Ｊ ｕ ｎ ． ，２ ０ １ ７
射一
频
与
微
一波
ｅ 。
ＹＡＮ Ｈａ ｏ ｊ ｉ ａ Ｌ Ｉ Ｂ ｏ ｗｅ ｎ ＤＡＩ Ｙｏ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ
ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏｎｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔ ． Ｔｈｉ ｓ ｆ ｏ ｕｒ ｏ ｒ ｄｅ ｒ ｂ ａ ｎｄ ｐａ ｓ ｓ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ａ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏｆ ５． ２５ Ｇ Ｈ ｚ
摘要 ： 提出了一种微型 Ｌ ＴＣ Ｃ 四级 带 通 滤 波 器 的 实 现 方 法 。 该 带 通 滤 波 器 由 四 个 性 能 良好 的谐 振 器 组 成 ， 通 过 交 叉 耦 合 实 现 传 输 零 点 从 而 达 到 良好 的阻 带 衰 减 。通 过 电路 仿 真 以及 电磁 场 三 维 仿 真 软 件 进 行 三 维 建 模 ， 对 模
Ｐｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ，２ １ ０ ０ ９ ４ ，ＣＨ Ｎ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｎ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ａ ｍｉ ｎ ｉ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｌ ＴＣ Ｃ ｆ ｏ ｕ ｒ ～ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｐ ａ ｓ ｓ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｓ
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。
实验4-阶梯阻抗微带低通滤波器
实验四：6.3阶梯阻抗微带低通滤波器设计
一、设计要求
设计一个切比雪夫式微波低通滤波器，技术指标:截止频率f=2.2 GHz，通带内最大波纹L AR =0.2 dB，S11小于-16 dB;在阻带频率fs=4GHz处，阻带衰减L AS不小于30 dB。
输入、输出端特性阻抗Z0=50Ω。
采用微带线阶梯阻抗结构实现，高阻抗线特性阻抗Z0h=106Ω，低阻抗线特性阻抗Z01=10Ω。
微带基板参数εr =9.0，H=800 um，T=10 um。
要求:确定阶梯阻抗微带低通滤波器的结构尺寸，分析滤波器性能，进行适当调节、优化，使其满足指标要求。
记录滤波器的最终优化结果，总结设计和调节的经验。
二、实验仪器
硬件：PC
软件：AWR软件
三、设计步骤
1、低通原型滤波器设计
2、得到原型滤波器参数
3、阶梯阻抗微带滤波器初值计算
4、阶梯阻抗微带滤波器仿真及优化
四、数据记录及分析
1、低通原型滤波器设计
低通原型滤波器电路图（未优化）如下：
2、优化得到原型滤波器参数
不知道为什么试了很多次，都只能完成两个指标的优化，所以就取了如下优化参数：
3、阶梯阻抗微带滤波器初值计算
参数W/um εre l L1、l L2/um lc1、lc3/um Lc2/um 高阻抗线92.42 5.376 5808.96 \ \
低阻抗线8429.86 7.83 \ 1930.79 3293.3
4、阶梯阻抗微带滤波器仿真及优化
最终优化后的微带电路原理图，布线图和测量图：
最终，这个实验花了很长时间，效果还是没有达到优化的结果，试验了很多次，原因也没有找到决定因素。
惭愧，哎！。
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。
微波低通滤波器
微波低通滤波器一、设计要求设计一个切比雪夫低通滤波器，技术指标为：截止频率fc=2.2GHz,在通带内最大波纹LAr=0.2dB，S11小于-16dB；在阻带频率fs=4GHz 处，阻带衰减LAs不小于30dB。
输入、输出端特性阻抗Z0=50Ω。
方法：用微带线实现，基片厚度H=800um，T=10um，相对介电常数εr=9.0；高阻抗线特性阻抗Z0h=106Ω，低阻抗线Z0l=10Ω。
测量参数：计算滤波器的结构尺寸，测量滤波器性能，进行适当调节、优化，使之达到设计指标要求。
二、实验仪器硬件：PC机软件：Microwave Office软件三、设计步骤1、原型滤波器设计在工程浏览页展开Wizards节点，运行iFilter Filter Wizard（智能滤波器向导）模块，设置完各项后，工程自动生成名为iFilter的原理图，以及测量图、默认优化目标。
2、微波器物理尺寸计算微带线结构：（1）高阻抗线先计算高阻抗线的宽度。
再计算高阻抗线的长度：um L L v Z l l ph h L L ε1010re149021*3*106*00-=== =5644.59um （2）低阻抗线先计算低阻抗线的宽度。
再计算低阻抗线的长度：um Ca Ca v Z l pl c c 10ε10l 12re140131***3*10-===um Cb Cb v Z pl 10ε10l 12re1401c2***3*10-==3、完成电路，测量各特性指标在已有的工程中创建一个新原理图，用于绘制实际物理结构的微波低通滤波器。
4、创建的电路图和测量图如下：原型滤波器的电路图：CAPQ ID=C1C=Ca pF Q=Q_v1FQ=FQ_v1 GHz ALPH=0INDQ ID=L1L=L0 nH Q=Q_v2FQ=FQ_v1 GHz ALPH=0CAPQ ID=C2C=Cb pF Q=Q_v1FQ=FQ_v1 GHz ALPH=0INDQ ID=L2L=L0 nH Q=Q_v2FQ=FQ_v1 GHz ALPH=0CAPQ ID=C3C=Ca pF Q=Q_v1FQ=FQ_v1 GHz ALPH=0PORT P=1Z=50 OhmPORT P=2Z=50 OhmCa=1.90881870946396Cb=3.27268982828592Q_v1=1000FQ_v1=0.1Q_v2=100L0=4.62450776902296Lumped Element Filter Lumped LPFChebyshev (0.2dB ripple)Degree= 5Fp= 2200 MHz原型滤波器的测量图：12345Frequency (GHz)iFilter IL RL-80-60-40-20I n s e r t i o n L o s s-40-30-20-100R e t u r n L o s sDB(|S(2,1)|) (L)iFilterDB(|S(1,1)|) (R)iFilter微带结构滤波器电路图：MLIN ID=TL1W=wl um L=1967 um MSUB Er=9H=800 um T=10 um Rho=1Tand=0ErNom=9Name=SUB1MLIN ID=TL2W=wh um L=5611 um MLIN ID=TL3W=wl um L=3305 um MLIN ID=TL4W=wh um L=5599 um MLIN ID=TL5W=wl um L=2036 umPORT P=1Z=50 OhmPORT P=2Z=50 Ohmwl=8430wh=92.47微带结构滤波器测量图：12345Frequency (GHz)Graph 2-80-60-40-20DB(|S(1,1)|)Schematic 1DB(|S(2,1)|)Schematic 1四、实验数据记录表一 原型滤波器参数元件ID C1（pF ） C2（pF ） C3（pF ） L1（nH ） L2（nH ） 元件变量 Ca Cb Ca L0 L0 优化值 1.909 3.273 1.909 4.625 4.625表二 微带线结构 参数 W （um ） εre lL1、lL2(um) lC1、lC3(um) lC2(um) 高阻抗线 92.4727 5.37762 5644.5857 低阻抗线 8430.13 7.83116 2046.511 3508.764软件仿真的所有结果：滤波器二维布线图：滤波器三维布线图：微带线电路优化后的尺寸：L1=1967um L2=5611um L3=3305um L4=5599um L5=2036um五、结果分析仿真结果为：L1=1967um、L2=5611um、L3=3305um、L4=5599um、L5=2036um 。
滤波器系列5——短截线低通滤波器设计
——短截线低通滤波器设计
电路模型
✧设计步骤
p第1步：计算设计【向导工具】
ü设计集总参数滤波器
ü理查德变换：【电感→8短路线】，【电容→8开路线】ü科洛达关系(仅适用于低通或带阻)：串联电感⇆并联电容
ü转换为滤波器微带线原理图
p第2步：仿真验证
ü滤波器传输线原理图的建立及仿真
ü滤波器微带线原理图的建立及仿真
ü滤波器版图的生成及仿真
设计一个短截线的等波纹低通滤波器，截止频率为4GHz，3阶，阻抗为50欧。
微带基片参数如下：厚度=1.58 mm，=4.2，tanδ =0.02，铜导带厚度0.5 mil。
p第1步：
ü设计集总参数滤波器
ü理查德变换【LC to Tline】
•电感→8短路线
•电容→8开路线
ü理查德变换结果
ü科洛达关系【TLine to TLine(Kuroda)】：串联电感⇆并联电容
ü科洛达关系结果：得到滤波器传输线原理图
üLC, TLine to Microstrip：转换为滤波器微带线原理图
ü得到滤波器微带线原理图
p第2步：仿真验证
ü滤波器传输线原理图的建立与仿真
ü滤波器微带线原理图的建立与仿真
ü滤波器版图的生成与仿真。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
第三步应用Kuroda规则将串联短截线转换为并联短截线。
第四步阻抗和频率定标。
4.2 微带短截线低通滤波器实践
4.2.1 实验目的
1.了解滤波器的原理和设计方法；
2.学习使用Microwave office软件进行微波电路的设计、仿真、优化；
3.掌握微带短截线低通滤波器的设计及调试方法。
4.2.2 实验内容
1.了解微带短截线低通滤波器的工作原理和设计方法；
2.根据指标要求，使用Microwave office软件设计一个微带短截线低通滤波器，
并对其参数进行仿真、优化。
4.2.3 设计指标
在介电常数为4.5，厚度为1mm的FR4基片上（T取0.036mm，Loss tangent 取0.02），设计一个3阶、最大平坦型微带短截线低通滤波器，其截止频率为f （见表4-3），阻抗是50欧姆。
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是传输系数，反映传输损耗和带外抑制；S11、S22分别是输入、输出端口的反射系数。
此外，要仿真滤波器的群时延特性。
4.2.4 设计步骤
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
和并联短截线；
3.应用Kuroda恒等关系将串联短截线转换为并联短截线；
4.阻抗和频率定标；
5.采用TXLINE.EXE等软件，计算各段微带线的尺寸（尺寸精度到0.01mm）；
6.采用Microwave Office软件，按照给定的指标和结构设计滤波器，并对其参
数进行仿真、优化。
思考题1
设计一个3阶、最大平坦型LC低通滤波器，其截止频率为f（见表4-3），阻抗是50欧姆。
将所设计的两种形式滤波器进行比较。
思考题2
设计一个5阶、波纹0.5dB的微带短截线低通滤波器，其截止频率为f（见表4-3），阻抗是50欧姆。
采用下图所示的低通滤波器原型。
附录
表4-1 最大平坦低通滤波器原型的元件值（g0=1，w c=1，N=1~10）
表4-2 等波纹低通滤波器原型的元件值（g0=1，w c=1，N=1~10）
表4-3 每位同学的设计频率f。