当前位置:文档之家› 基片集成波导带通滤波器交叉耦合技术研究

基片集成波导带通滤波器交叉耦合技术研究

基片集成波导带通滤波器交叉耦合技术研究
基片集成波导带通滤波器交叉耦合技术研究

实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真

实验二源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个源-负载耦合的交叉耦合滤波器 2.查看并分析该源-负载耦合的交叉耦合滤波器的S 参数 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入了交叉耦合,以得到有限频率传输零点,从而提高了滤波器的选择特性。一般来讲,一个N 腔交叉耦合滤波器最多能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N 个谐振器的滤波器,如果在源与负载之间也引入耦合,则可实现N 个传输零点。源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型如图所示。 e R 2 在上图所示的等效电路模型中,ij M 表示各个谐振腔之间的耦合系数,Si M 、L i M 分别表示源、负载与第i 个腔之间的耦合系数。SL M 则表示源与负载之间的耦合系数。整个电路由N 个谐振腔构成,各个谐振腔之间是电感耦合。对于窄带滤波器,做如下规一化: 110=?=ωω, 这里0ω为中心频率,ω?为相对带宽。 回路矩阵方程为: R)I M (sU I Z E 0++=?=j 其中,0U 是将(N+2)×(N+2)阶单位矩阵中第一个元素和最后一个元素令为0,其它元素都保持不变所得的矩阵。M 是耦合矩阵,是一个(N+2)×(N+2)阶方阵,其中对角线上的元素代表每一个谐振腔的自耦合,它表示每一个谐振腔的谐振频率i f 与滤波器的中心频率 o f 之间的偏差。(在同步调谐滤波器中,我们认为每个谐振腔的自耦合系数的值都取零)。 矩阵中非对角线上的元素表示各个谐振腔之间的耦合系数。 R 矩阵是(N+2)×(N+2)阶方阵,除21)2,2(,)1,1(R N N R =++=R R 非零以外,其它

基片集成波导天线设计

The Research of Broadband Millimeter-Wave Vivaldi Array Antenna Using SIW Technique Li Bin Dong Liang Zhao Jiao-cheng (Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an 710100) Abstract-A compact millimeter wave Vivaldi antenna array printed on thick substrate and fed by a substrate integrated waveguide (SIW) structure was proposed in this paper. It consists of a compact SIW binary divider, which has minimize significantly the feed structure insertion losses and achieve a broadband performance in millimeter wave range, and four-elements printed Vivaldi array. The whole antenna array was designed, fabricated, and thoroughly investigated. The whole antenna and feed net were designed, fabricated on single substrate, which takes the advantages of small size, low profile, low cost and high performance etc. The simulation results show that the design is effective and right. I.I NTRODUCTION The Vivaldi array antenna with broadband capability [1] plays a increasingly important position in radar, communication and electronic counter measures (ECM) fields[2,3], which the performance and design have been making an intensive study since 1980s’. With the development of planar integrated circuits, the planar Vivaldi array antenna which is light in weight, low in cost, and intergraded easily, has attracted considerable attention in antenna design filed. The planar Vivaldi array antenna has been based on structure of microstrip[4] or stripline[5], which have been restricted at relatively low frequencies for transmission loss or complex structure. For example, Yang et al. [4] developed a Vivaldi array antenna to cover the 8~12GHz bandwidth, but it was based on the microstrip technology and demonstrated an high insertion loss (over 3.5 dB) for feeding network. Schaubert et al [5] has designed a Vivaldi array antenna with stripline-fed, which has a relatively low insertion loss, but its structure has become very complex. Substrate integrated waveguide (SIW) technology has been proposed for many years [6][7]. Due to the advantages of this technology, such as low cost, high Q-factor, low insertion loss, easy to be integrated and high density layout, SIW is widely used in many areas, for example, planar slot antenna array [8], filter [9], diplexer, hybrid coupler[10], power splitter [11]and so on. The whole SIW structure is composed by metallized via array, so it can be realized accurately by PCB or LTCC technology and can be combined seamlessly with microstrip circuit, which is well suitable for millimeter-wave integrate system design and manufacture. In this paper, a compact millimeter wave vivaldi antenna array with SIW feeding network was presented, which can achieve a broadband performance and offer several advantages over other counterparts such as relatively low insertion loss, good design tolerance and circuit size compactness at the millimeter wave (MMW) range. This antenna configuration can be easily adapted to millimeter wave applications with a conventional low-cost PCB fabrication process. The simulation results indicate that the antenna has good performance in all Ka-band. II.D ESIGN OF BROADBAND MILLIMETER WAVE VIVALDI ANTENNA ELEMENT SIW structures are fabricated on printed circuit boards, which is similar as conventional metallic waveguide structure. The metal layer on surface can be viewed as upper and lower wall of waveguide, and the two lines of metalized via can be viewed as two side-wall of waveguide. Utilizing SIW technology, a number of UWB antenna structure can be used [12]. The uniplanar tapered slot antenna also called Vivaldi antenna, which can be easily integrated with the rest of the circuits on a single substrate, has been implemented in many applications [4] since these years for its salient features such as narrow beam width, high element gain, wide bandwidth, and small transverse spacing between array elements. Therefore, it has been widely applied in the development of millimeter-wave integrated circuits and systems. A novel SIW feeding architecture based on the scheme of Vivaldi antenna is proposed and demonstrated with excellent performances in millimeter-wave ka-band. The Vivaldi antenna element is generally easier to match over a

实验一交叉耦合滤波器设计与仿真

实验一交叉耦合滤波器设计与仿真 、实验目的 1?设计一个交叉耦合滤波器 2?查看并分析该交叉耦合滤波器的S参数 、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器,常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点 是在谐振腔级联的基础上,非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”,甚至可以采用源与 负载也向多腔耦合,以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中,el表示激励电压源,R1、R2分别为电源内阻和负载电阻,ik(k=1,2,3,, ,N) 表示各谐振腔的回路电流,Mj表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦合系数 (i,j=1,2, , ,N,且片j)。在这里取3 0=1,即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk (k=1,2,3,, ,N )表示各谐振腔的自耦合系数。 n腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示: l i 1H 丄F J 1F L丨「IVI N4r 1F y1 ---- 广、'、、L f A 1 1M1k t 1M kN *'i M2N人 M 1,N _ej■'s jM 12jM 13 0jM12s jM23 0=jM13a jM23s9 0jM1,N 一jM2,N U jM3,N — ■0 一1 1jM 1 N jM 2 N jM 3N jM 1, N J jM 1 N jM 2,N -1 jM 2 N jM 3,N -4jM 3n jM N —, N i N -1 jM N -1, N s R2 JL|N M R i e i k,N 1 1/2H 'N1/2H 1H 1/2H i21/2H ■■-R2 这个电路的回路方程可以写为 〕「h 1 I i2 i3

交叉耦合带通滤波器

交叉耦合带通滤波器集团文件版本号:(M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988)

大学 课程设计任务书 注:1.课程设计完成后,学生提交的归档文件应按照:封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交(大张图纸不必装订) 2.可根据实际内容需要续表,但应保持原格式不变。

指导教师签名:日期:

9 0 2 3 4 5 5 7

前言 微波滤波器是微波系统中重要元件之一,它用来分离或者组合各种不同频率信号的重要元件。在微波中继通信、卫信通信、雷达技术、电子对抗及微波测量中,具有广泛的应用。? 众所周知,滤波器的设计在低频电路中是用集总参数元件(电感L 和电容C)构成的谐振回路来实现。但当频率高达300Mhz以上时,低频下的集总参数的LC谐振回路已不再适用了。这一方面由于当回路的线性尺寸和电磁波的波长可以比拟时,辐射相当显着,谐振回路的品质因数大大下降,因而必须采用分布参数的微波滤波器。?任何一个微波系统都是由各种各样的微波器件、有源电路和传输线等组成的。微波元件种类很多。按传输线类型可分为波导式、同轴式和微带式等;按功能可分为连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、分路元件、波型变换元件、滤波元件等;按变换性质可分为互易元件、非互易元件和非线性元件等。 本文正是根据微波滤波器的特性设计一种微带交叉耦合带通滤波器,要求其小型化、频段规则性高、边缘陡峭,可用于小型化天线系统。 摘要: 交叉耦合滤波器具有高选择性、低插入损耗、宽阻带、高的带外截止特性等,已被广泛应用于现代微波通信系统中,本文拟采用高品质谐振腔交叉耦合的形式实现该带通滤波器,结构简单紧凑,通带陡度较

实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真(材料详实)

实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真 一、 实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S 参数 二、 实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、 实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器,常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上,非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”,甚至可以采用源与负载也向多腔耦合,以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中,e1表示激励电压源,R1、R2分别为电源内阻和负载电阻,ik (k=1,2,3,…,N )表示各谐振腔的回路电流,Mij 表示第i 个谐振腔与第k 个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N ,且i ≠j)。在这里取ω0=1,即各谐振回路的电感L 和电容C 均取单位值。Mkk (k=1,2,3,…,N )表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示: ...1F 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1H 1F 1F 1F ...i 1 i 2 i k i N i N M N ,1M k 1M kN M N 1 ,2-M 12 M k 2M N k 1 ,-M N N ,1-e 1 R 1 R 2 1F 1H 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ?? ? ???????????????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式:I R M sU ZI E )(0++==j

SIW带通滤波器仿真设计

0 引言 滤波器在无线通信、军事、科技等领域有着广泛的应用。而微波毫米波电路技术的发展,更加要求这些滤波器应具有低插入损耗、结构紧凑、体积小、质量轻、成本低的特点。传统用来做滤波器的矩形波导和微带线已经很难达到这个要求。而基片集成波导(SIW)技术为设计这种滤波器提供了一种很好的选择。 SIW的双膜谐振器具有一对简并模式,可以通过对谐振器加入微扰单元来使这两个简并模式分离,因此,经过扰动后的谐振器可以看作一个双调谐电路。分离的简并模式产生耦合后,会产生两个极点和一个零点。所以,双膜滤波器在减小尺寸的同时,也增加了阻带衰减。而且还可以实现较窄的百分比带宽。可是,双膜滤波器又有功率损耗高、插入损耗大的缺点。为此,本文提出了一种新型SIW腔体双膜滤波器的设计方法。 该SIW的大功率容量、低插入损耗特性正好可以对双膜滤波器的固有缺点起到补偿作用。而且输入/输出采用直接过渡的转换结构,也减少了耦合缝隙的损耗。 l 双膜谐振原理及频率调节 SIW是一类新型的人工集成波导,它是通过在平面电路的介质层中嵌入两排金属化孔构成的,这两排金属化孔构成了波导的窄壁,图1所示是基片集成波导的结构示意图。这类平面波导不仅容易与微波集成电路(MIC)以及单片微波集成电路(MMIC)集成,而且,SIW还继承了传统矩形波导的品质因数高、辐射损耗小、便于设计等优点。 1.1 基片集成波导谐振腔 一般情况下,两个电路的振荡频率越接近,这两个电路之间的能量转换需要的耦合就越小。由于谐振腔中的无数多个模式中存在着正交关系,故要让这些模式耦合发生能量交换,必须对理想的结构加扰动。但是,为了保持场结构的原有形式,这个扰动要很小。所以,本文选择了SIW的简并主模TE102和TE201,它们的电场分布图如图2所示。因为TM和TEmn(n10)不能够在SI W中传输。因此,一方面可以保证在小扰动时就可以实现耦合,同时也可以保证场的原有结构。

交叉耦合带通滤波器

大学 课程设计任务书 序进行装订上交(大张图纸不必装订) 2.可根据实际内容需要续表,但应保持原格式不变。 指导教师签名:日期:

前言 (1) 一、背景知识 (2) 1、滤波器的发展 (2) 2、微波滤波器的应用 (2) 3、交叉耦合滤波器提出与发展 (3) 二、交叉耦合带通滤波器设计原理 (4) 1、交叉耦合滤波器的设计思路 (4) 2、新型耦合开环结构 (5) 3、交叉耦合滤波器的设计 (6) 三、仿真步骤 (9) 1、建立新工程 (9) 2、设置求解类型 (9) 3. 设置模型单位 (10) 4、建立滤波器模型 (10) 5、创建端口 (19) 6、创建Air (20) 7、设置边界条件 (20) 8、为该问题设置求解频率及扫频范围 (22) 9、优化仿真 (23) 10、保存工程 (24) 11、后处理操作 (25) 四、设计总结 (25) 参考文献 (27)

前言 微波滤波器是微波系统中重要元件之一,它用来分离或者组合各种不同频率信号的重要元件。在微波中继通信、卫信通信、雷达技术、电子对抗及微波测量中,具有广泛的应用。? 众所周知,滤波器的设计在低频电路中是用集总参数元件(电感L和电容C)构成的谐振回路来实现。但当频率高达300Mhz以上时,低频下的集总参数的LC谐振回路已不再适用了。这一方面由于当回路的线性尺寸和电磁波的波长可以比拟时,辐射相当显着,谐振回路的品质因数大大下降,因而必须采用分布参数的微波滤波器。?任何一个微波系统都是由各种各样的微波器件、有源电路和传输线等组成的。微波元件种类很多。按传输线类型可分为波导式、同轴式和微带式等;按功能可分为连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、分路元件、波型变换元件、滤波元件等;按变换性质可分为互易元件、非互易元件和非线性元件等。 本文正是根据微波滤波器的特性设计一种微带交叉耦合带通滤波器,要求其小型化、频段规则性高、边缘陡峭,可用于小型化天线系统。 摘要: 交叉耦合滤波器具有高选择性、低插入损耗、宽阻带、高的带外截止特性等,已被广泛应用于现代微波通信系统中,本文拟采用高品质谐振腔交叉耦合的形式实现该带通滤波器,结构简单紧凑,通带陡度较高,适合小型化设计,性能较高的天线或雷达双工器等电路使用。 关键词: 交叉耦合滤波器、微带线、设计、HFSS 一、背景知识 1、滤波器的发展 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各

实验一-交叉耦合滤波器设计与仿真

实验一交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S参数 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器,常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上,非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”,甚至可以采用源与负载也向多腔耦合,以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中,e1表示激励电压源,R1、R2分别为电源内阻和负载电阻,ik (k=1,2,3,…,N)表示各谐振腔的回路电流,Mij表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N,且i≠j)。在这里取ω0=1,即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk(k=1,2,3,…,N)表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示:

e R 2 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ??? ? ??????????????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式:I R M sU ZI E )(0++==j 其中,??? ? ? -=+ =ωωωω11j j j s 一般来讲,频率都归一成1,即ω≈ω0=1,则 ij ij ij M j M j jM 0ωω≈≈ 其中E 为电压矩阵,I 为电流矩阵,Z 为阻抗矩阵, R M U Z ++=00j s U0是N ×N 阶单位矩阵。M 是耦合矩阵,它是一个N ×N 阶方阵,形式如下:

实验四微带线带通滤波器设计

实验四:基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计与仿真一、实验原理 滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件,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,微带电路具有体积小,重量轻、频带宽等诸多优点,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。平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。 1、滤波器的介绍 滤波波器可以分为四种:低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。射频滤波器又可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 滤波的性能指标: 频率范围:滤波器通过或截断信号的频率界限 通带衰减:滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起 阻带衰减:取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值 寄生通带:有分布参数的频率周期性引起,在通带外又产生新的通带 2、平行耦合微带线滤波器的理论 当频率达到或接近GHz时,滤波器通常由分布参数元件构成,平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成,由于两个传输线之间电磁场的相互作用,在两个传输线之间会有功率耦合,这种传输线也因此称为耦合传输线。 平行耦合微带线可以构成带通滤波器,这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成,她是一种常用的分布参数带通滤波器。 当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时,由于传输线之间电磁场的相互作用,在传输线之间会有功率耦合,这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论,每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z0,相互耦合的部分长度为L,微带线的宽度为W,微带线之间的距离为S,偶模特性阻抗为Z e,奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性,但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。 如果将多个单元级联,级联后的网络可以具有良好的滤波特性。 二、耦合微带线滤波器的设计的流程 1、确定滤波器指标 2、计算查表确定滤波器级数N 3、确定标准滤波器参数 4、计算传输线奇偶模特性阻抗 5、计算微带线尺寸 6、仿真 7、优化再仿真得到波形图 设计参数要求: (1)中心频率:2.4GHz; (2)相对带宽:9%;

同轴腔结构交叉耦合滤波器的设计

同轴腔结构交叉耦合滤波器的设计 摘要:现代微波通讯的迅速发展,对通道的选择性要求越来越高,不仅需要滤波器的过渡带尽可能窄,还可能需要产生非对称的频率响应,这就需要高性能的选频器件。传统滤波器如Butterworth和Chebyshev滤波器只有依靠增加滤波器的阶数才能满足要求,加工出来的滤波器重量和体积都非常大,不适合现代通讯的需求。椭圆函数滤波器虽然具有很好的选择性,但不能产生非对称的频率响应。广义Chebyshev函数滤波器能通过引入交叉耦合在有限频率处产生传输零点而不用增加滤波器阶数来提高通道的选择性,并且它的任意零点特性能产生非对称的频率响应,相当于把滤波器的阻带抑制能力都集中在所需要的一侧,从而可以用较少阶数的滤波器来实现很高的选择性,因此与传统滤波器相比,体积小、成本低且通道选择性更好,从而可以减小系统的体积和重量,满足现代通信的需求。 同轴腔滤波器通过在谐振腔之间开窗口或加探针,实现电感或电容耦合,通过改变窗口的位置、大小或者探针的粗细、长短等来控制耦合电感或电容的强弱以实现窄带滤波器;而且很容易实现谐振器之间的交叉耦合,通过控制交叉耦合的数量和强弱得以实现传输零点的位置和数目。在有电容加载的情况下,同轴腔滤波器具有小型化的优势,并且具有带宽窄、矩形系数高、功率容量高等优点,所以其应用前景非常广泛,是国内外广泛研究的热点。 总之, 同轴腔广义Chebyshev滤波器具有体积小、带宽窄、矩形系数高、功率容量高等优点, 是国内外广泛研究的热点。 本文主要论述运用广义切比雪夫滤波函数综合交叉耦合滤波器,并在HFSS中设计出了带有传输零点的四腔同轴腔滤波器。交叉耦合滤波器的综合设计从给定的滤波器参数(中心频率,带宽,带内的回波损耗,归一化端口阻抗等)开始,首先得出广义切比雪夫函数滤波器的反射系数和传输系数递推关系式,根据理论响应的表示关系式提取出描述各谐振腔耦合关系的耦合矩阵以及源与负载端的加载Q值;然后利用耦合谐振器电路理论在实际的微波电路结构中实现耦合矩阵中可实现的耦合系数和源与负载端的加载Q值。最终的仿真结果说明了这种方法的可行性和实用性。 关键词:广义Chebyshev函数交叉耦合同轴腔滤波器HFSS 耦合矩阵 Design Of Cross-coupled Coaxial Cavity Filter

有关基片集成波导(SIW)的调研

有关基片集成波导(SIW)的调研 朱志臻SA08006010 6系 一.基片集成波导简介及其发展脉络 基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,简称SIW)是最近几年新出现的一种新型微波传输结构,它可以较为广泛地应用于各种微波毫米波电路中。 基片集成波导(SIW)具有很多优点:首先,和传统的矩形波导一样,集成波导具有较高的品质因数和很小的辐射损耗;其次,它又和微带线一样具有体积小、重量轻、容易加工和集成等优点。总之,SIW综合了矩形波导和微带线的一系列优点。 SIW的基本概念首先由吴柯教授提出。它是在多层微波集成电路中,如:低温共烧陶瓷或多层印刷电路板,通过打周期性的金属过孔从而构造的类波导结构。它的整个结构相当于内部填充了介质的矩形金属波导,所以能够用矩形普通波导实现的结构也都可以用基片集成波导来实现。其示意图如下所示: 图1.SIW结构示意图 随后,根据SIW的特性很多人将一些电磁场数值计算方法用于求解SIW的相关参数,比如:时域有限差分法(FDTD)、频域有限差分法(FDFD),都收到了很不错的效果,从而逐渐将SIW的整个结构特性都分析的比较清楚了。 之后,人们又开始尝试将SIW应用于各个方面和各种情况,比如天线、滤波器、功分器、定向耦合器、双工器等。关于这些内容的文章有很多,工作也做了很多很多。 到现在,人们尝试考虑基于SIW来研究新型的波导结构,进而实现不同的性能,达到不同的目标,比如:实现超宽带(UWB)滤波器、特殊频段的器件等。这一内容正处于新兴阶段,正在不断地发展。 二.该领域最重要的文献名称、作者、出处 该领域最重要的文章为:“Low cost microwave oscillator using substrate integrated waveguide cavity” 作者:Y. Cassivi,吴柯 出处:IEEE MICROWA VE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 13, NO. 2, FEBRUARY 2003

交叉耦合吸收滤波器的设计

交叉耦合吸收滤波器的设计 微波滤波器一般将电磁(EM)波从负载反射回信号源。但在有些情况下,例如要将反射波从输入中分离出来,以便保护信号源免受过高的功率。基于这个原因,已经开发出吸收滤波器以尽量减少反射。 图1表示了吸收滤波器的基本结构。这种类型的滤波器非常有用,其不仅是一个吸收滤波器,还是功率合成器或双工器。当仅有一个信号输入(端口1)时,端口2是吸收端口,而端口3是隔离端口。端口4是输出端口。当不同的输入信号作用于端口1和端口3时,该结构也可以作为一个信号合成器。最近,在微波和毫米波系统的波导应用中已经提出了基片集成波导(SIW)技术2,3。SIW由基片上的各种金属阵列组成。采用标准印制电路板(PCB)或低温共烧陶瓷(LTCC)基片来制造SIW器件。SIW技术具有一定的优势,例如高品质因数(Q)、低插入损耗、减小了体积、降低了成本,并易于与平面电路进行集成。因此,SIW 技术广泛地应用于各种不同的滤波器以及双工器的设计。 在本文中,已经研制成功一种基于SIW技术的新型交叉耦合吸收滤波器。其具有锐选择性和高Q值,并易于与平面电路进行集成。本文中研发的3-dB两步混合耦合器与先前已出版的著作不同。这一3-dB混合耦合器具有良好的功率分配性能。该吸收滤波器采用标准PCB板进行制作,并且将实测数据与仿真结果进行比较后表明二者相差很小。很明显,以空气填充波导管变换的SIW与SIW-微带波导管变换相比可以提高功率并减小插入损耗。 例如,吸收滤波器常常用于将反射EM波从输入信号端口分离出来,从而保护该端口免于信号过载。吸收滤波器的结构(图1)也可用于其他应用。图1中的两个滤波器是一致的。

实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真上课讲义

实验二源-负载耦合的交叉耦合滤波器设 计与仿真

实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个源-负载耦合的交叉耦合滤波器 2.查看并分析该源-负载耦合的交叉耦合滤波器的S 参数 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入了交叉耦合,以得到有限频率传输零点,从而提高了滤波器的选择特性。一般来讲,一个N 腔交叉耦合滤波器最多能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N 个谐振器的滤波器,如果在源与负载之间也引入耦合,则可实现N 个传输零点。源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型如图所示。 e R 2 在上图所示的等效电路模型中,ij M 表示各个谐振腔之间的耦合系数,Si M 、L i M 分别表示源、负载与第i 个腔之间的耦合系数。SL M 则表示源与负载之间的耦合系数。整个电路由N 个谐振腔构成,各个谐振腔之间是电感耦合。对于窄带滤波器,做如下规一化: 110=?=ωω, 这里0ω为中心频率,ω?为相对带宽。 回路矩阵方程为: R)I M (sU I Z E 0++=?=j

其中,0U 是将(N+2)×(N+2)阶单位矩阵中第一个元素和最后一个元素令为0,其它元素都保持不变所得的矩阵。M 是耦合矩阵,是一个(N+2)×(N+2)阶方阵,其中对角线上的元素代表每一个谐振腔的自耦合,它表示每一个谐振腔的谐振频率i f 与滤波器的中心频率 o f 之间的偏差。(在同步调谐滤波器中,我们认为每个谐振腔的自耦合系数的值都取 零)。矩阵中非对角线上的元素表示各个谐振腔之间的耦合系数。 R 矩阵是(N+2)×(N+2)阶方阵,除21)2,2(,)1,1(R N N R =++=R R 非零以外,其它 元素值都等于零。 由上可得到该滤波器网络的传输函数: )() (22 )(2112Z Z 1N D cof D R R e R i s t L == 其中,)(1N Z cof D 表示Z 矩阵的第一行;第N 列元素的代数余子式;)(Z D 表示Z 矩阵的行列式。 对上式做进一步分析,可以发现:其分子多项式与分母多项式是同阶多项式。因此,必须选择分子分母同阶的函数形式作为源.负载耦合交叉耦合滤波器的逼近函数。一般情况下,我们可以通过将奇数阶椭圆函数的分子多项式舍去一个零点,或者直接选择偶数阶椭圆函数作为逼近函数。这里需要指出的是,两种逼近函数的构造方法,都必须对波纹系数做一定的修正。 将滤波器看作一个二端口网络,那么其导纳矩阵为 ()()()()()()()()()()??? ???-+??????=?? ????=??????=∑=k k k k N k k n n n n d r r r r j s K K j s y s y s y s y s y s y s y s y s y 2221121110022211211222112111001λY 这里假设源和负载阻抗相等并设为1Ω,则当N 为偶数时, ()()()()() s m s n s y s y s y d n 112222== ()()()()[]() s m s P s y s y s y d n 12121ε== 当N 为奇数时, ()()()()() s n s m s y s y s y d n 112222==

交叉耦合带通滤波器

大学 课程设计任务书 注:1.课程设计完成后,学生提交的归档文件应按照:封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交(大张图纸不必装订) 2.可根据实际内容需要续表,但应保持原格式不变。 指导教师签名:日期:

前言 (1) 一、背景知识 (2) 1、滤波器的发展 (2) 2、微波滤波器的应用 (2) 3、交叉耦合滤波器提出与发展 (3) 二、交叉耦合带通滤波器设计原理 (4) 1、交叉耦合滤波器的设计思路 (4) 2、新型耦合开环结构 (5) 3、交叉耦合滤波器的设计 (6) 三、仿真步骤 (9) 1、建立新工程 (9) 2、设置求解类型 (9) 3. 设置模型单位 (10) 4、建立滤波器模型 (10) 5、创建端口 (19) 6、创建Air (20) 7、设置边界条件 (20) 8、为该问题设置求解频率及扫频范围 (22) 9、优化仿真 (23) 10、保存工程 (24) 11、后处理操作 (25) 四、设计总结 (25) 参考文献 (27)

前言 微波滤波器是微波系统中重要元件之一,它用来分离或者组合各种不同频率信号的重要元件。在微波中继通信、卫信通信、雷达技术、电子对抗及微波测量中,具有广泛的应用。 众所周知,滤波器的设计在低频电路中是用集总参数元件(电感L和电容C)构成的谐振回路来实现。但当频率高达300Mhz以上时,低频下的集总参数的LC谐振回路已不再适用了。这一方面由于当回路的线性尺寸和电磁波的波长可以比拟时,辐射相当显著,谐振回路的品质因数大大下降,因而必须采用分布参数的微波滤波器。任何一个微波系统都是由各种各样的微波器件、有源电路和传输线等组成的。微波元件种类很多。按传输线类型可分为波导式、同轴式和微带式等;按功能可分为连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、分路元件、波型变换元件、滤波元件等;按变换性质可分为互易元件、非互易元件和非线性元件等。 本文正是根据微波滤波器的特性设计一种微带交叉耦合带通滤波器,要求其小型化、频段规则性高、边缘陡峭,可用于小型化天线系统。 摘要: 交叉耦合滤波器具有高选择性、低插入损耗、宽阻带、高的带外截止特性等,已被广泛应用于现代微波通信系统中,本文拟采用高品质谐振腔交叉耦合的形式实现该带通滤波器,结构简单紧凑,通带陡度较高,适合小型化设计,性能较高的天线或雷达双工器等电路使用。 关键词: 交叉耦合滤波器、微带线、设计、HFSS

实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真

实验二 源-负载耦合的交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个源-负载耦合的交叉耦合滤波器 2.查看并分析该源-负载耦合的交叉耦合滤波器的S 参数 二、实验设备 装有HFSS 软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入了交叉耦合,以得到有限频率传输零点,从而提高了滤波器的选择特性。一般来讲,一个N 腔交叉耦合滤波器最多能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N 个谐振器的滤波器,如果在源与负载之间也引入耦合,则可实现N 个传输零点。源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型如图所示。 e R 2 在上图所示的等效电路模型中,ij M 表示各个谐振腔之间的耦合系数,Si M 、L i M 分别表示源、负载与第i 个腔之间的耦合系数。SL M 则表示源与负载之间的耦合系数。整个电路由N 个谐振腔构成,各个谐振腔之间是电感耦合。对于窄带滤波器,做如下规一化: 110=?=ωω,

这里0ω为中心频率,ω?为相对带宽。 回路矩阵方程为: R)I M (sU I Z E 0++=?=j 其中,0U 是将(N+2)×(N+2)阶单位矩阵中第一个元素和最后一个元素令为0,其它元素都保持不变所得的矩阵。M 是耦合矩阵,是一个(N+2)×(N+2)阶方阵,其中对角线上的元素代表每一个谐振腔的自耦合,它表示每一个谐振腔的谐振频率i f 与滤波器的中心频率o f 之间的偏差。(在同步调谐滤波器中,我们认为每个谐振腔的自耦合系数的值都取零)。矩阵中非对角线上的元素表示各个谐振腔之间的耦合系数。 R 矩阵是(N+2)×(N+2)阶方阵,除21)2,2(,)1,1(R N N R =++=R R 非零以外,其它元 素值都等于零。 由上可得到该滤波器网络的传输函数: )() (22 )(2112Z Z 1N D cof D R R e R i s t L == 其中,)(1N Z cof D 表示Z 矩阵的第一行;第N 列元素的代数余子式;)(Z D 表示Z 矩阵的行列式。 对上式做进一步分析,可以发现:其分子多项式与分母多项式是同阶多项式。因此,必须选择分子分母同阶的函数形式作为源.负载耦合交叉耦合滤波器的逼近函数。一般情况下,我们可以通过将奇数阶椭圆函数的分子多项式舍去一个零点,或者直接选择偶数阶椭圆函数作为逼近函数。这里需要指出的是,两种逼近函数的构造方法,都必须对波纹系数做一定的修正。 将滤波器看作一个二端口网络,那么其导纳矩阵为

实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真设计

实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S 参数 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器,常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上,非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”,甚至可以采用源与负载也向多腔耦合,以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中,e1表示激励电压源,R1、R2分别为电源阻和负载电阻,ik (k=1,2,3,…,N )表示各谐振腔的回路电流,Mij 表示第i 个谐振腔与第k 个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N ,且i ≠j)。在这里取ω0=1,即各谐振回路的电感L 和电容C 均取单位值。Mkk (k=1,2,3,…,N )表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示: e R 2 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ??? ????????? ??????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式:I R M sU ZI E )(0++==j

SIW(基片集成波导) 喇叭天线

一种基于SIW(基片集成波导) 技术的喇叭天线 时间:2015-08-15 来源:天线设计网TAGS:SIW基片集成波导喇叭天线 随着现代通讯技术的发展,市场对通讯设备的效率要求越来越高,也相应的引发了对宽通带#高传输效率的实时视频设备及数据传输设备的研究"由于市场对低频无线通信设备的广泛应用,使得低频信道越来越拥堵"人们普遍把目光集中在高频波段,同时还要求射频电路组件结构要紧凑#质量轻便"所以大频率贴片天线成为研究趋势。 设计的 H 面喇叭天线,是一种电场辐射呈现喇叭天线辐射特性的孔径天线"这使得该天线具有较高方向系数"众所周知,波导结构在毫米波通信领域有着广泛的应用,它拥有诸多优点,但其缺点也非常明显,那就是尺寸结构太大#剖面太高,限制了这种天线在高性能卫星通讯系统和雷达系统中的应用"而随着基片集成波导( SIW) 技术的提出,使这个问题找到了解决的途径,即研究以基片集成波导为平台的天线"基片集成波导技术[天线设计网]就是在普通微带印制板上沿边缘开规则的金属过孔,以此来模拟波导的磁壁"应用这种技术制成的基片集成波导保留了大部分的传统波导的传输性质,同时也比传统波导尺寸更小#剖面更低和更易于平板电路的集成。 设计原理 天线总体分为 3 部分,在前端是由金属过孔和贴片上下金属表面共同围成的喇叭结构,与喇叭结构相连的是基片集成波导( siw) 构成的波导结构,最后用微带波导转换器进行馈电。显然,这种天线是一种微带印制板天线,所以天线尺寸会缩小。天线基板选用介电常数为10.2的 GaAs 板材,中心频率为26Ghz。 天线的馈电部分采用微带线——波导转[天线设计网]换结构,这种结构的前端是常规的50欧姆微带线,50欧姆微带线之后是一段呈锥型的过渡段,其作用是将微带线结构中传输的准TEM波转化为能在波导结构中传输的TM10波。经过优化计算得到 50欧姆微带馈线的尺寸如图 1所示。

相关主题
相关文档 最新文档