微带滤波器设计
基于HFSS的微带滤波器设计与应用
基于HFSS的微带滤波器设计与应用随着通信技术的不断发展，无线通信系统变得越来越普遍。
为了保证通信质量，必须对无线信号进行有效的过滤，因此滤波器成为了无线通信中最关键的组成部分之一。
基于微带技术的滤波器在无线通信中应用广泛，由于其体积小、重量轻、成本低、工艺简单的特点，在现代无线通信系统中依然扮演着不可替代的角色。
本文将基于HFSS软件，介绍微带滤波器的设计原理、设计流程、实现方法及其在无线通信中的应用。
一、微带滤波器的基本原理微带滤波器（Microstrip Filter）是一种基于微带线和附加衬底的元器件。
它通过在一条微带线（或几个相互交错的微带线）上挂载电容、电感和电阻等元件来实现滤波功能。
微带滤波器的基本结构如图1所示。
图1 微带滤波器基本结构图微带线的特性阻抗通常为50欧米，而微带滤波器需要特定的阻抗、通带和截止频带。
为了实现这些要求，滤波器需要在微带线模型上添加附加的元件来调整频率响应。
元件的安装可以使用多种方法，如串联、并联、交替安装等。
二、基于HFSS的微带滤波器设计流程首先需要明确滤波器的指标要求，包括通带和阻带的带宽、通带和阻带的中心频率、阻带衰减和通带波纹等参数。
这些指标根据具体应用需求而定，对于不同的应用场景可能存在较大差异。
2. 设计微带线结构在得到了所需的指标要求之后，需要根据这些要求设计微带线结构。
常用的方法是采用已有的文献或实验数据资料作为参考模板，进行修改和优化。
设计微带线时需要确定线宽、线距、衬底材料和厚度等参数，以实现所需的过渡阻抗和其他指标。
3. 添加补充元器件为了实现所需的频率响应，需要在微带线模型上添加各种补充元器件。
这些元器件包括电容、电感和电阻等，具体安装方式根据所需指标而定。
4. 模拟仿真使用HFSS软件进行微带滤波器的模拟仿真，得到滤波器的频率响应图和其他重要参数。
常规方法是在仿真软件中建立微带滤波器的三维模型，在模拟中通过修改材料参数、添加元器件、调整参数等方式进行仿真分析。
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。
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。
ADS微带滤波器设计方法课件
进行参数优化
通过调整滤波器参数，如电感、 电容、长度、宽度等，对滤波 器性能进行优化。
进行仿真验证
通过仿真软件对所设计的滤波 器进行性能验证，确保满足设 计要求。
03
ADS微带滤波器设计实践
建立设计工程
确定设计目标
明确滤波器的性能指标，如通带范围、 阻带范围、插入损耗等。
选择合适的微带线结构
设定工作频率和介质参数
根据设计目标和工作频率，设定合适 的介质参数，如厚度、相对介电常数 等。
根据设计需求，选择合适的微带线结 构，如平行耦合线、发卡型等。
参数设置与优化
01
02
03
调整耦合系数
通过调整微带线间的距离、 宽度等参数，优化耦合系 数，以实现理想的滤波器 性能。
优化谐振器长度
调整谐振器的长度，以实 现所需的频率响应。
02
ADS微带滤波器设计基础
微带线理论
微带线定义
01
微带线是一种传输线，它由一个介质基片上的一条金属导带和
两条金属接地边构成。
微带线特性
02
微带线具有低阻抗、高共模抑制比、低辐射等特性，广泛应用
于微波和毫米波频段的电路设计中。
微带线传输模式
03
微带线主要传输准TEM模，即电场和磁场分量在传输方向上为
ADS软件介绍
ADS（Advanced Design System） 是一款微波电路和系统设计软件，由 美国安捷伦公司开发，提供了从电路 设计、仿真、版图绘制到系统仿真的 全流程解决方案。
ADS软件具有友好的用户界面和强大 的功能模块，支持多种设计工具和第 三方软件接口，广泛应用于通信、雷 达、电子战等领域的电路和系统设计。
05
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。
微带滤波器的设计
微带滤波器的设计微带滤波器（microstrip filter）是一种常用的电子滤波器，它具有结构简单、制作成本低、易于集成等优点，因此在无线通信、雷达系统、微波封装等领域得到广泛应用。
本文将介绍微带滤波器的设计流程和关键要点。
首先，微带滤波器的设计流程可以分为以下几个步骤：确定滤波器参数、选择滤波器类型、确定滤波器阶数、计算微带线宽度和长度、构造网络模型、优化设计。
第一步是确定滤波器的参数，包括中心频率、带宽、阻带衰减等。
这些参数直接影响着滤波器的性能和应用场景，因此需要根据具体需求进行合理设定。
第二步是选择滤波器类型，常见的微带滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
选择合适的滤波器类型可以更好地满足设计要求。
第三步是确定滤波器的阶数，阶数决定了滤波器的斜率和阻带衰减。
一般情况下，阶数越高，滤波器性能越好，但同时也会增加设计的复杂度。
第四步是计算微带线的尺寸，包括宽度和长度。
微带线的尺寸直接影响滤波器的中心频率和带宽，因此需要进行合理的计算和调整。
第五步是构造滤波器的网络模型，可以使用传统的电路模型或者仿真软件进行建模。
在模型中，需要将微带线和谐振器等元件进行合理的连接和布局。
最后一步是优化设计，通过调整微带线的长度、加入补偿电容电感器等措施，来达到更好的滤波器性能。
优化设计可以使用仿真软件进行参数调整和优化。
除了以上的设计流程，还有一些关键要点需要注意。
首先是微带线的制作工艺，微带线需要精确的制作技术，以确保滤波器的性能和稳定性。
其次是对滤波器的测试和调整，通过实验和测量，可以得到实际滤波器的性能参数，从而进行必要的调整和改进。
最后是设计的可行性和可靠性，滤波器设计需要符合实际应用需求，并且具备足够的抗干扰能力和稳定性。
总的来说，微带滤波器的设计是一项复杂而又重要的任务。
通过合理的设计流程和关键要点的注意，可以得到性能优良的微带滤波器，用于满足不同领域的需求。
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。
微带滤波器的设计与仿真
实验二 微带滤波器的设计与仿真一、实验目的1、学习使用ADS 软件进行微波电路的设计，优化，仿真。
2、掌握微带滤波器的制作及调试方法。
二、实验设备 1、台式电脑 1台 配置要符合相关软件要求 2、ADS 软件 1套 微波软件 三、实验内容1、使用ADS 软件设计一个微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真。
2、根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。
四、技术指标1、具有最平坦响应2、截止频率GHz c 5.2=ω3、在GHz 4=ω处的插入损耗必须大于20dB4、阻抗为Ω50，采用6阶巴特沃兹低通原型，最高实际线阻抗为Ω120，最低实际线阻抗为Ω20，采用的基片参数为02.0tan 2.458.1===δε，，r mm d ，铜导体的厚度mm t 035.0=五、实验过程及仿真结果1、新建滤波器工程和设计原理图，设计完原理图再用对原理图进行优化。
2、设置完优化目标的原理图如附录图1所示，滤波器的参数曲线如附录图2所示，优化后的参数如附录图3所示，生成的版图如附录图4所示。
版图仿镇结果见附录版图仿真(1)附录版图仿真(2)附录版图仿真(3)。
六、实验体会这次实验是微带滤波器的设计与仿真，对于射频电路设计课本中学习的东西，这算是第二次用可视化，可操作的形式展现出来。
对于以前不懂的，模糊的，又一次可以通过操作练习全部展现。
不过，由于按照实验指导书上的步骤进行，射频的很多知识点的还是很不清晰，需要仔细的研究后才能知道操作是在进行着哪一步。
其实，要是平时对书本上的知识再了解的多一点，应该也不会如此困难如此模糊。
所以接下来，我要好好地把理论的知识点梳理出来。
希望下一次实验可以做的很顺利！附录图1 设置完优化目标的原理图图2 滤波器的参数曲线图3 优化后的参数曲线图4 生成的版图图5 版图仿真(1)图5 版图仿真(1)图6 版图仿真(2)图7 版图仿真(3)。
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。
微带滤波器算法
微带滤波器算法
微带滤波器（Microstrip Filter）是一种基于微带线（Microstrip Line）技术制作的射频滤波器，其特点是体积小、重量轻、成本低、频率范围宽。
微带滤波器的设计方法有多种，以下介绍几种常用的算法。
1. 反向追踪算法：根据所需的滤波器带宽和阻带的幅度响应，利用反向追踪算法进行设计。
该算法是一种迭代算法，先给定一个初始滤波器结构，计算其频率响应并与所需的响应进行比较，然后进行一系列调整，直到满足设计要求为止。
2. 阻抗变换法：将所需的频率响应变换到低通或带通滤波器的设计范围内，然后利用低通或带通滤波器的设计方法进行设计。
变换过程中，一般采用阻抗变换，使目标响应变为所需响应，具体实现时可以使用双线型变换或贴片变压器。
3. 负载阻抗匹配法：在微带线上插入一定长度的变宽节，使节末端的阻抗匹配所需的抗干扰要求，然后利用微带线传输线和L-C元件来设计出滤波器的寄生元件的尺寸和值。
这种方法适用于需要抑制到达负载或发射源的接入端的信号。
4. 计算机辅助设计方法：通过计算机进行滤波器设计，包括有限元分析法、传输矩阵法、正交函数法、神经网络等方法。
这些方法的优点是可以快速、准确地得到设计结果，但需要计算机支持。
以上几种算法不同的特点和适用范围，设计微带滤波器时可以根据具体情况选择
合适的方法。
微带滤波器设计
BW (60dB点) BW (3dB点)
(14) 止带（stop band 或 reject band） ：对于低通、高通、带通滤波器，指衰减到指定点（如 60dB 点）的带宽
滤波器设计理论
1. 低通滤波器设计是基础
11
– 高通滤波器可用带通滤波器（当通带高 端很高时）代替 – 带阻滤波器可看成低通滤波器与高通滤 波器的组合 – 低通滤波器是带通滤波器的特例 – 低通滤波器原型可作为带通滤波器设计 基础
(4)基本串联带阻滤波器（见图5-5） 基本并联带阻滤波器
基本并联带阻滤波器 基本串联带阻滤波器
4
图5-5 (5)基本滤波器电路的串联、并联构成更复杂的多级滤波器（见 图5-6）
(a) 8个极点的低通滤波器
(b) 6个极点带通滤波器
图5-6
分布参数滤波器
(1)并联λ/4短路线构成的带通滤波器 （见图5-7）
,n
原型滤波器的元件值的归一化及其计算 22
对于两端具有电阻终端的切比雪夫滤波器，当其通带波纹为 LArdB、g0 = 1和ω'1 = 1，它的原型元件值可按以下各式计算：
β = ln⎜ coth
⎝ ⎛ L Ar ⎞ ⎟ 17.37 ⎠ ⎛β ⎞ γ = sinh ⎜ ⎟ ⎝ 2n ⎠ ⎡ (2k − 1)π ⎤ a k = sin ⎢ ⎥, k = 1,2, ⎣ 2n ⎦ ⎛ kπ ⎞ bk = γ 2 + sin 2 ⎜ ⎟, k = 1,2, ⎝ n ⎠ 2a g1 = 1 r
2
式中ρ为驻波系数
定义负载电流的相位φT为
φT = arg(I L )
则群时延（group delay）τD为 ∂φ T 1 dφ T τD = = （秒） ∂ω 2π df τ D 表示信号经过滤波器的时延。信号带宽内不同频率分量时延 不同将引起调频信号的畸变。最大可允许的畸变可以用DLP来量 度。DLP定义为在给定频带范围内器件相位与线性变化时的相位 的最大偏离
微带波滤波器的设计
微带波滤波器的设计微带波滤波器是一种常用的电子滤波器，用于在特定频率范围内通过或抑制信号。
它由一个导电性的微带（stripline）传输线和附加的固态结构组成，可以实现对信号的频率选择性的控制。
在本文中，我们将详细介绍微带波滤波器的设计原理和步骤。
首先，微带波滤波器的设计需要确定一些基本参数，包括中心频率、带宽和损耗等。
中心频率是滤波器所需通过或抑制的信号频率，带宽是中心频率上下限之间的频率范围，损耗是信号在通过滤波器时的功率损耗。
接下来，我们需要选择适合设计的微带波传输线。
微带波传输线由导体层、介质层和接地层组成，其结构通常是平面的，并且通过调整导体层和介质层的几何尺寸来实现所需的频率响应。
常用的介质材料包括氧化硼、聚四氟乙烯（PTFE）等。
选择合适的微带波传输线需要考虑频率响应、功率容量和尺寸等因素。
确定了微带波传输线的结构和材料后，我们可以利用微带线传输线理论和微带带微带线传输线模型来设计滤波器。
其中，微带线传输线理论可以通过矩阵参数法或传输线理论来描述传输线的特性，微带线传输线模型则是微带线传输线的等效电路模型，用于计算滤波器的响应。
设计微带波滤波器的关键是通过调整微带波传输线的几何尺寸来实现所需的频率响应。
通常，微带线的宽度、长度和厚度是影响传输线阻抗和传播特性的主要参数。
例如，增加微带线的宽度可以降低传输线的阻抗，而增加微带线的长度可以减小传输线的频率。
利用微带线传输线理论和模型，我们可以通过计算和仿真来确定适合的几何尺寸，以实现所需的频率响应。
在设计微带波滤波器时，还需要考虑到其他因素，如匹配网络、耦合结构和终端阻抗等。
匹配网络可以用于实现滤波器与输入、输出传输线的匹配，从而提高信号的传输效率。
耦合结构可以用于实现不同滤波器传输线之间的耦合，从而实现复杂的滤波特性。
终端阻抗可以用于调整微带波滤波器的输入、输出阻抗，以满足特定的应用需求。
最后，设计完成后，我们可以利用电路设计软件进行仿真和优化。
实验二、微带滤波设计与仿真
实验报告
• 1、利用ADS提供的设计向导快速设计一个低通滤 波器，其指标要求如下： • ⑴具有最平坦的相应，通带内纹波系数小于2， • ⑵通带截止频率fp=2~4GHz，（选择期间频率） • ⑶阻带截止频率fs=6~8GHz处的插入损耗必须大 于20dB，（选择期间频率） • ⑷输入输出阻抗为50Ω。 • 2、思考题：其他类型滤波器可以通过此方法进行 设计吗？
⑻在滤波器转换助手对话框中，选择 ，然后单击【Add】 按钮添加这对转换，单击【Transform】按钮，进行Kuroda转换，用同样的方 法选择 进行转换，得如图。
⑼选中”LC,Tline to Microstrip”选项，单击短截线 添加所有短截线到微带线的转换，如图。
图标，单击【Add】按钮
Rar
18 (GHz)
Simulation frequency where
Er = dielectric constant (from associated Subst) H = substrate thickness (from associated Subst) W 0, S 0, L 0 for layout W1 0, W2 0
集总参数滤波器转换为微带滤波器
Richands变换是将一段开路或短路传输线等效为分布的电感或电容元器 件的理论。即将串联电感等效为一段短路截线，将并联电容等效为一段并联开 路截线。但实际的微带线电路设计中串联短路短截线是无法实现的。Kuroda 等效给出了并联开路截线和一段传输线与串联短截线和一段传输线两种电路之 间的一种转换方法。 1、Kuroda等效设计滤波器步骤 用Kuroda等效设计滤波器大体分以下几步骤： ⑴根据Richards规则将集总参数的串联电感和并联电容变换成短路短截线和 开路短截线。 ⑵Kuroda等效通过加入相应的微带传输线把串联短截线变换为并联短截线。 ⑶选择微带线参数（厚度、介电常数及介质损耗等）根据计算的特性阻抗确 定各部分微带线段尺寸，然后进行电路仿真。
微带环形滤波器的研究与设计
微带环形滤波器的研究与设计微带环形滤波器的研究与设计引言：随着通信技术的飞速发展，无线设备和通信系统的要求越来越高，其中滤波器在无线通信系统中扮演着重要的角色。
微带环形滤波器作为一种新型的滤波器结构，具有尺寸小巧、易于集成等优势，已经得到了广泛的研究和应用。
本文将探讨微带环形滤波器的研究与设计。
1. 微带环形滤波器的原理及结构微带环形滤波器由环形共振器和输电线构成，其工作原理是基于环形共振器的谐振性质和微带线的特性阻抗来实现滤波功能。
环形共振器由导体环和连接线组成，通过调整导体环的尺寸和微带传输线的长度等参数，可以实现对特定频率的信号进行选择性传输。
微带环形滤波器的结构简单，容易制备和集成，常常被用于微波和毫米波的通信系统中。
2. 微带环形滤波器的设计方法微带环形滤波器的设计过程主要包括确定工作频率、计算环形共振器和输电线的尺寸以及优化设计。
首先，确定滤波器的中心频率，根据应用需求和系统性能要求选择合适的频率。
然后，根据中心频率计算环形共振器的尺寸，包括导体环的半径、导线宽度等参数。
接下来，计算输电线的长度和宽度，并进行合适的调整和优化。
最后，检查设计结果是否符合需求，并进行仿真和验证实验，进一步优化设计。
3. 微带环形滤波器的性能评估为了评估微带环形滤波器的性能，需要考虑滤波器的传输特性、带宽、插入损耗等指标。
传输特性是指滤波器在不同频率下的响应情况，通常表示为滤波器的频率响应曲线。
带宽指满足特定要求的频段范围，而插入损耗表示信号在滤波器中通过时的功率损失。
通过仿真和实验，可以得到微带环形滤波器的性能参数，并进行评估。
4. 微带环形滤波器的应用前景由于微带环形滤波器具有尺寸小、易于集成的特点，已经在各种无线通信系统中得到了广泛的应用。
特别是在微波和毫米波领域，微带环形滤波器被广泛应用于射频前端、信号传输和频率选择等关键部分。
随着无线通信技术的不断发展，微带环形滤波器的应用前景将更加广阔。
结论：微带环形滤波器作为一种新型的滤波器结构，在无线通信系统中具有广泛的研究和应用价值。
设计一个微带滤波器
关闭优化控件后的原理图
观察仿真曲线
点击工具栏中的Simulate 会出现图形显示窗口。
按钮进行仿真，仿真结束后
观察仿真曲线（续）
点击图形显示窗口左侧工具栏中的 按钮，放置一个方 框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口(见下页图)， 在窗口左侧的列表里选择S(1,1)即S11参数，点击Add按钮 会弹出一个窗口设置单位(这里选择dB)，点击两次OK后， 图形窗口中显示出S11随频率变化的曲线。 用同样的方法依次加入S22，S21，S12的曲线，由于滤波 器的对称结构，S11与S22，以及S21与S12曲线是相同的。 为了准确读出曲线上的值，可以添加Marker，方法是点击 菜单中的Marker -> New，出现Instert Marker的窗口，接 着点击要添加Marker的曲线，曲线上出现一个倒三角标志， 点击拖动此标志，可以看到曲线上各点的数值。
进行参数优化（续）
经过数次优化后，CurrentEf的值为0，即为优化 结束。优化过程中根据情况可能会对优化目标、 优化变量的取值范围、优化方法及次数进行适当 的调整。
观察仿真曲线
优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。 方法是点击原理图工具栏中的 按钮，然后点击优 化控件OPTIM，则控件上打了红叉表示已经被关掉。 要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的 按钮， 然后点击要开启的控件，则控件上的红叉消失，功能 也重新恢复了。 对于原理图上其他的部件，如果想使其关 闭或开启，也可以采取同样的方法。
优化目标的设置（续）
优化目标的设置（续）
这里总共设置了四个优化目标，前三个的优化 参数都是S21，用来设定滤波器的通带和阻带的 频率范围及衰减情况(这里要求通带衰减小于2 dB，阻带衰减大于40 dB)，最后一个的优化参 数是S11，用来设定通带内的反射系数(这里要 求小于 -20 dB)，具体数值见下页图。 由于原理图仿真和实际情况会有一定的偏差， 在设定优化参数时，可以适当增加通带宽度。 对于其它的参数，也可以根据优化的结果进行 一定的调整。
HFSS13微带滤波器教程.
HFSS13微带滤波器教程本例设计一个带通滤波器，通过微带线结构实现，工作频率覆盖5.4GHz-6.2GHz。
选用基板材料为Rogers 4350,其相对介电常数为 3.66，厚度为h=0.508mm，金属覆铜厚度h1=0.018mm，表1 模型初始尺寸Array设计步骤（以HFSS13.0为例）一开始（一）建立工程1.在HFSS窗口中，选择菜单File->New2.从Project菜单中，选择Insert HFSS Design（二）设计求解模式1.选择菜单HFSS->Solution Type2.在Solution Type窗口，选择Driven Modal,点击OK二建立3D模型（一）定义单位并输入参数表1.选择菜单Modeler->Units2.设置模型单位：mm，点击OK3.选择菜单栏HFSS->Design Properties再弹出的窗口中，点ADD添加参量，将上面模型的参数表中的变量全部添加进去，如下图：（二）创建金属板R11.在菜单栏中点击Draw->Box,创建Box12.双击模型窗口左侧的Box1，改名为R1，再点击Material后面按钮，选择Edit，选择Copper，点击确定。
3.双击左侧R1的子目录Createbox，修改金属板大小及厚度。
Position输入坐标（0mm,0mm,0mm），金属板长L1=7.2mm，宽W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。
点击确定。
（三）创建金属板R1_11.在菜单栏中点击Draw->Box,创建Box22.双击模型窗口左侧的Box2，改名为R1_1，再点击Material 后面按钮，选择Edit，选择Copper，点击确定。
3.双击左侧R1_1的子目录Createbox，修改金属板大小及厚度。
Position输入坐标（W1+S1,0mm,0mm），S1=0.14mm，金属板长L1=7.2mm，宽W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。
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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421ωa L +=，并假定c ωω=时，工作衰减dB L p 3=，可求得21c a ω=，即c L 241ωω+=，与公式1.4比较可求出c Z l ω012=，c Z c ω022=。
观察公式1.2，0Z l j ω和0cZ j ω作为整体出现，等衰减条件下0Z l j ω和0cZ j ω的值应保持不变，即l 与ω成反比，与0Z 成正比，c 与ω、0Z 成反比，如果我们求出1'=cω和10'=Z时即归一化的'l 和'c ，通过变换c Z l l ω0'=，c Z c c ω0'/=就能得到任意频率c ω和内阻0Z 的L 、C 元件的值。
由于切比雪夫函数具有较好的衰减频率特性，而且比较容易实现，所以常被采用。
n 代表元件的个数，n 越大，滤波器性能越好，但网络就越复杂；根据c ω和s ω，及p l 和s l 通过查表可以确定最小的 n ，然后可计算各个元件归一化的值，一般用n g 表示，公式如下：γ112a g = （1.5）()1114---=k k k k k g b a a g （k=2，3，…，n ） （1.6）11=+n g （n 为奇） ()421βth g n =+ （n 为偶） （1.7）()[]37.17ln p l cth =β （1.8） ()n sh 2βγ= （1.9）()[]n k a k 212sin π-= （k=1，2，3，…，n ） （1.10）()n k b k πγ22sin += （k=1，2，3，…，n ） （1.11）二、带通滤波器与低通原形的频率变换带通滤波器指标的描述：1c ω、2c ω为通带截止频率，对应衰减p l ，1s ω、2s ω为阻带截止频率对应衰减s l ，210c c ωωω=为通带中心频率，()012ωωωc c W -=为相对带宽。
低通滤波器的衰减()ωn P L 21+=是一个偶函数，考虑ω小于零时，低通滤波器可以看成是由c ω-到c ω，0=ω为中心频率的带通滤波器，当然是没有负频率的，但从中可以看出低通与带通存在着联系，其对应关系如下：c ω-、c ω及p l 对应1c ω、2c ω及p l ；s ω-、s ω及s l 对应1s ω、2s ω及s l ；0=ω对应0ω。
通过下列频率变换可以由低通得到带通：()ωωωωω00'1-=W （2.1）图1变换成图2：图2 带通滤波器原型电路 运用等衰减条件，对于低通串联电感有：()[]k k k k C L j g W j g j ωωωωωω1100'-=-= （2.2）式中 0ωW g L k k = 和k k g W C 0ω= （2.3）低通并联电容有： ()[]i i i i L C j g W j g j ωωωωωω1100'-=-= （2.4）式中 0ωW g C i i = 和i i g W L 0= （2.5）这样就得到了带通滤波器各个元件的值。
三、带通滤波器的微带实现微带电路通过K 、J 变换器能实现串并联的电路形式，如图3：图3 J 变换器的等效电路一段长度接近2λ的传输线，当终端接负载L Z 甚小于特性阻抗时，则线的作用相当于L Z 和一个电抗的串联，构成谐振电路。
一段电长度为θ的终端开路的耦合线可等效为一个J 变换器和接在两边的两段电长度为θ、特性导纳为0Y 的传输线的组合，如图4：图4开路耦合线等效电路选择θ为90度，将一系列耦合线级连后，形成J 变换器和长度为2λ传输线谐振电路的级连，可以看出它等效于图2中的原型电路，通过和带通滤波器原型电路中各元件值比较，可以求出耦合线的奇偶模阻抗oe Z 、oo Z ，再由工具软件根据oe Z 、oo Z 计算出耦合线的线宽和缝隙及长度，就能确定滤波器的尺寸，形式如图5：图5耦合线带通滤波器省略公式推倒，公式如下：100012g g W Y J π= （3.1） 101,2++=n n n n g g W Y J π （3.2） 101,2++=i i i i g g W Y J π （i 从1到n-1） （3.3） ()[]02001Y Y J Y J Z oe ++= （3.4）()[]02001Y Y J Y J Z oo +-= （3.5）整个设计过程总结如下：根据滤波器的指标要求，查表确定滤波器节数n （一般微波书都有），根据n 和带内衰减p l 由公式1.5~1.11或查表可求i g ，然后通过公式3.1~3.5可以计算奇偶模阻抗，根据oe Z 、oo Z 就可以计算出微带滤波器的尺寸，完成微带滤波器的设计。
四、例子滤波器设计指标为：通带5000MHz~6000MHz ，带内衰减p l 小于3dB ，带外抑制sl 大于30 dB ，带外抑制频率1s ω、2s ω为4500 MHz 和6500 MHz ，介质基片的r ε=2.8，厚度h=1mm 。
查表n 最少需要5节，选5节；由于微带本身有损耗要增加衰减1dB 左右，所以pl 尽量选得小以留有余量，选0.2dB ，由公式1.5~1.11，计算g 为：10=g ， 1.339471=g ， 1.337002=g ， 2.166083=g 24g g =，15g g =，06g g =计算0Y J ：（()182.02112=-=c c c c W ωωωω）0.46271001=Y J ，0.21430012=Y J ，0.16852023=Y J 001056Y J Y J =，023034Y J Y J =，012045Y J Y J =计算oe Z 、oo Z ：（0Y 选主线阻抗1）()83.8408301=oe Z ，()37.5695101=oo Z()63.0113012=oe Z ，()41.5811912=oo Z ()59.8460223=oe Z ，()42.9939123=oo Z()()2334oe oe Z Z =，()()2334oo oo Z Z =，()()1245oe oe Z Z =()()1245oo oo Z Z =，()()0156oe oe Z Z =，()()0156oo oo Z Z =以上计算均按公式用计算机编程计算，这样能大大提高计算速度和精度。
用Ansoft 公司serenade 软件中的工具软件TRL ，根据oe Z 、o o Z 对耦合线进行综合得到第一节耦合线的尺寸：线宽W=1.682mm ，缝隙S=0.092mm ，这里有一个问题需要特别注意，在设计耦合滤波器时往往会遇到缝隙S 很小的情况，这样光刻误差的影响要变大，有时S 甚至小到工艺很难加工，这种情况应该避免，用阻抗变换的方法能部分解决这个问题，方法如下供参考：事实上，可以通过选择0Y 来改变oe Z 、o o Z ，线宽和缝隙也随之改变，所以选择适当的0Y 可以使S 变大，如0Y =701 时重新计算有（由于主线的阻抗为50，所以滤波器中做要一段阻抗变换线来连接主线和滤波器）：()117.3771701=oe Z ，()52.5973201=oo Z ()88.2158212=oe Z ，()58.2136612=oo Z()83.7844323=oe Z ，()60.1914723=oo Z p1=9.41mm ，p2=9.26mm ，p3=9.23mms1=0.188mm ，s2=0.635mm ，s3=0.863mm w1=0.935mm ，w2=1.345mm ，w3=1.404mm由于终端电容效应，p 要减去大约0.33h ，按传统设计此时就要下图生产实验件，然后根据实验件的实测对尺寸进行修整，由于理论分析的精度有限，往往要经过一两次试验才能成功，造成设计周期长，成本高，现在可以用微波CAD 进行模拟完成尺寸调整，用serenade 进行模拟，结果如图6：图6 滤波器频率响应曲线图可以看出一是中心频率略低5.477GHz，再有是通带略小1GHz；由理论分析可知，减小p 可以提高中心频率，减小S可以加宽通带频宽（但影响阻带带宽），适当调整p和S后频率响应如图7：图7 调整后的滤波器频率响应曲线调整后的p和S如下：p1=9.0mm，p2=8.84mm，p3=8.82mms1=0.17mm，s2=0.62mm，s3=0.85mm根据以上尺寸就可以画出版图，版图如图8：图8 实际投产的版图实测曲线如图9:图9滤波器实测频率响应曲线图指标为:总结的公式编程计算并结合计算机辅助设计，可以大大加快设计进程，减少设计工作量，使设计比以前更快速、更容易。
参考书目（1）清华大学编写组«微带电路»人民邮电出版社 1976（2）林为干«微波网络»国防工业出版社 1978（3）吴万春«微波网络及其应用»国防工业出版社 1980。