分形贴片滤波器设计

第四步：地平 面覆铜
第五步：添加波端 口和激励源
第六步：空气盒 边界设为Radition
结果分析图
S(1.1) S(1.2)
0 -10 -20
LA(db)
-30 -40 -50 -60 -70 0
2
4
6
8
10
Freq(GHz)
由上图的S11曲线可知其回波损耗很小，满足要求；由S12曲线 可知，其传输零点小于-30db，插入损耗为-0.3db，大于-3db， 所以次滤波器的设计也符合既定的指标。
Freq(GHz)
等边三角形滤波器
如图，外三角形的底边长15mm，高12.99mm，内三角形底边距 外三角形1.5mm，底边长9mm，高7.8mm，馈线距离外三角形 0.2mm，馈线距离是0.2mm，馈线长度为12.9mm，宽度1.2mm
仿真过程
第一步：画出 电路结构图
第二步：介质基板 和地
第三部微带面覆 铜
f01 2c (2 L R )
所以当选定所设计的滤波器的工作频率时，其外部三角形的 尺寸基本也随着确定，我们设计的滤波器工作频率为4G，根 据上式可以得到其底边长16.4mm。
仿真过程
第一步：画 出电路结构 图
第二步：介质基板 和地
第三部微带面覆 铜
第四步：地平 面覆铜
第五步：添加 波端口和激励 源
滤波器
端口1
端口2
从实现形式，微波滤波器主要有：微带滤波器，波 导腔体滤波器、介质滤波器等。
工作步骤与指标
1、熟悉和了解微波电路仿真与设计软件Hfss的基 本功能与基本操作。 2、熟悉和了解传输线种类。 3、了解并选用微带线，使用“Hfss”软件进行微 波带通滤波器的设计及仿真，其带通滤波器的技 术指标应满足如下要求： 1)信号频率f0 2——10GHz 2)回波损耗 小于-15db 3)插入损耗 -3db 4)传输零点小于-30db 5)输入输出端口为50 6)材料选 ε=10.2（4.3） h＝1.27mm（1mm）
由于时间、精力、水平有限，论文的大量工 作结合了老师学长以及一起做毕设盆友的知识结 晶，尤其是能在有限时间里按时达标的完成毕设， 肖老师和李勇学长在理论、参考资料甚至仿真过 程中的帮助至关重要。在此对他们表示由衷的感 谢！
8.49 1 a
12.02 45° 2
1.2
15
0.1
指标的确定
等腰直角三角形贴片谐振器谐振频率可以表示如下
fr c 2L r m2 mn 2n2
其中，L是三角形底边长度，C为在自由空间中光速， 是相对介 电常数，整数m和n决定的谐振模式当m= 0和n = 1时，得到的 主要模式，其谐振频率可以表示为
分形贴片滤波器设计
指导老师：肖建康
学生：郑晓 日期：2014.6
1.滤波器相关知识的介绍 2.带通滤波器相关知识的介绍 3.工作指标
4分形相关知识介绍
5.重点介绍我的工作
6.感谢
研究背景、目的及意义
滤波器是通信工程中常用的重要器件，它对信号具有频率 选择性，是一种选频装置 • 随着无线通信的迅猛发展，作为分离有用和无用信号的微波 滤波器成为通信系统中的重要部件，其性能的优劣直接影响 整个通信系统的质量。 • 现在，微波滤波器已被广泛应用于微波、毫米波通信、微波 导航、制导、遥测遥控、卫星通信以及军事电子对抗等多种 领域，并对微波滤波器的要求越来越高。高阻带抑制、低通 带插损、宽频带、高功率等成为用户的主要技术指标要求。 同时，体积、成本、设计速度也是用户极为关心的话题。
第二步：介质基板 和地
第三部微带面覆 铜
第四步：地平 面覆铜
第五步：添加波 端口和激励源
第六步：空气盒边 界设为Radition
分析参数设置
结果分析图
S(1.1) S(1.2)
5 0 -5 -10 -15 -20
LA(db)
-25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 1 2 3 4
从仿真结果可知该滤波器的中心频率为2.15GH z, 通带内的回波损耗小于-15dB, 插 入损耗大于-2. 5dB, 3dB带宽约200MHz;消逝模间的交叉耦合使通带两侧都有非常 大的衰减极点(大于40dB ) , 而且通带右侧有两个衰减极点, 有效提高了抑制特性。 另外, 激起的消逝模间的交叉耦合产生了衰减极点, 同时也能够有效地抑制高次谐波 的输出。这是设计滤波器非常希望得到的结果。
等腰直角三角形滤波器设计
我们设计了一个工作频率为4G的滤波器，solution frequency设为 4G，最大迭代20，精度2%，sweep frequency 1G--8G，step frequency 0.01G，电路表面铺上copper，介质基板如前面所说到，介 电常数为10.2，厚度h=1.27，损耗正切角为0.001，电路图形如下
分形的分类
分形主要有四种，Couch分形，Siepinsky（谢尔宾斯基）分 形，Hilbert（希尔伯特）等。下面分别列出个几种分形图。
Siepinsky分形
Hilbert分形
couch分形
分形的特点
1.Euclid（'ju:klid）图形是规则的，而分形是不规则的。 2.Euclid图形的层次是有限的，而分形从数学角度上讲层次是无限的。 3.Euclid图形一般不会从局部得到整体的信息，因为它们不强调局部与整体 的关系，而分形强调自相似性，自相似性就是局部与整体的相似性，局部 中又有相似的局部，每一小局部中并不比整体所包含的少，不断重复，无 穷嵌套，形成了奇妙的分形图案。特别要指出的是，这里的相似性不仅包 括严格的几何相似性，而且也包括通过大量的统计而呈现出的自相似性。 4.Euclid图形越复杂，其背后的也必定越复杂，而对于分形图形，虽表面上 看去非常复杂，但其背后的规则却有可能是相当简单的。 5.Euclid图形基于特征长度与比例，而分形无特征长度与比例。
分形的好处
• 本论文要讲的滤波器是在传统谐振器基础上， 应用分形思想，分别设计了等腰直角三角形， 等边三角形，正方形滤波器。 • 与传统的矩形、方形贴片相比可以节省一半左 右的面积，也就相应的减小了电路尺寸，符合 现代通信系统小型化的发展要求。另外，该滤 波器较小的插入损耗，良好的带外抑制能力， 解决了三角形滤波器的高性能问题。
第六步：空气 盒边界设为 Radition
结果和指标分析
结果分析图
5 0 -5 -10 -15 -20
S(1.1) S(1.2)
LA(dΒιβλιοθήκη Baidu)
-25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 0 2 4 6 8
Freq(GHz)
由S11曲线可知其工作频率约为4G，回波损耗为-17db，小于-15db ，满足要求；S12曲线可知，其传输零点约为-54db，小于-30db，插 入损耗为-0.3db，大于-3db，所以滤波器的设计符合既定的指标。
根据衰减特性的不同，滤波器通常分为低通， 高通，带通和带阻滤波器，下图给出了各种滤波 器相应的衰减特性，从衰减特性便可判别出滤波 器的类型。
LA LP LA HP LA LP LA LP LP
W1
w
W1
w
W1
w2 w
W1
W2
w
对于带通滤波器，其主要性能指标有： a）通带频率；b) 插入损耗； c) 回波损耗； d) 通带波纹; e) 带外抑制； f) 功率容量
介质基板的相对介电常数为4.3, 厚度为1mm。两个端口分别为输入输出 馈线, 长度为15mm, 为了匹配, 选取输入输出馈线的宽度为2 mm, 其特性 阻抗为50欧姆。另外, 方型分形贴片的边长为27mm, 一级分形结构的方 孔边长为9mm, 二级分形结构的方孔的边长为3mm。
仿真过程
第一步：画出 电路结构图
正方形滤波器
仿照Sierpinski（谢尔宾斯基）三角形的分形规律, 本文提出了新型 的正方形分形贴片。图下图所示，方型分形贴片是经过2次分形, 从正方形 贴片(边长27mm)中反复依次去掉一个正方形而构造出来的。每次去掉的正方 形的边长是其自身所属整体相似图形边长的1 /3, 同时生成8个相似图形,电 路结构如下
分形的概念
• 分形在英文中为fractal，此词源于拉丁文形容词fractus， 对应拉丁文动词是frangere（破碎、产生无规则碎片）。 此外，它与英文中的fraction（碎片、分数）及fragment （碎片）具有相同的词根。 • 描述自然界中传统Euclid几何学所不能描述的一大类复杂 无规则的集合现象，例如，蜿蜒曲折的海岸线、起伏不定 的山脉、粗糙不堪的断面、变化无常的浮云。它们的共同 特点是：机器不规则或极其不光滑。直观而粗略的地说， 这些对象都是分形。