优选实验四微波射频带通滤波器设计.

滤波器（Filter ）（一）滤波器之种类以信号被滤掉的频率范围来区分，可分为「低通」（Lowpass）、「高通」（Highpass）、「带通」（Bandpass）及「带阻」（Bandstop）四种。

若以滤波器原型之频率响应来分，则常见有「巴特沃斯型」（Butter-worth）、「切比雪夫I型」（Tchebeshev Type-I）、「切比雪夫II型」（Tchebyshev Type-II）及「椭圆型」（Elliptic）等几类。

若以使用组件型态来分，则可分为「主动型」（Active）及「被动型」（Passive)两类。

其中「被动型」又可分为「L-C型」（L-C Lumped）及「传输线型」（Transmission line）。

而「传输线型」以其结构不同又可分为「平行耦合型」（Parallel Coupled）、「交叉指型」（Interdigital）、「梳型」（Combline）及「发针型」（Hairpin-line）等不同型态。

这里以较为常使用的「巴特沃斯型」（Butterworth）、「柴比雪夫I 型」（Tchebeshev Type-I）为例，说明其设计方法。

（二）「低通滤波器」设计方法(A) 「巴特沃斯型」（Butterworth Lowpass Filter ）步骤一：决定规格。

电路特性阻抗（Impedance ）: Zo (ohm) 通带截止频率（Cutoff Frequency ）: fc (Hz) 阻带起始频率（Stopband Frequency ）: fx (Hz)通带衰减量（Maximum Attenuation at cutoff frequency ）: Ap (dB) 阻带衰减量（Minimum Attenuation at stopband frequency ）：Ax(dB)步骤二：计算组件级数（Order of elements ，N ）。

⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅≥c x Ap Ax f f N log 110110log 5.010/10/ ， N 取最接近的整数。

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N3、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%；（3）带波纹：<0.5dB；（4）在频率1.9GHz和2.9GHz处，衰减>20dB；（5）输⼊输出阻抗：50Ω。

射频微‎波电路‎综合课‎程设计‎带通滤‎波器实‎验报告‎射频‎微波电‎路综合‎课程设‎计带通‎滤波器‎实验报‎告‎‎‎‎篇一‎：‎‎‎射频电‎路课程‎设计‎摘要‎滤波‎电路的‎综合设‎计是相‎当复杂‎的，需‎要好多‎理论知‎识和数‎学知识‎做铺垫‎，我们‎知道用‎于无线‎的模拟‎电路是‎在吉赫‎兹频段‎，高性‎能计算‎机、工‎作站，‎当然还‎有作为‎这方面‎例子的‎个人计‎算机，‎他们所‎使用电‎路的时‎钟频率‎不断的‎增加。

‎全球定‎位系统‎载波频‎率在1‎22‎ 7‎.60‎m hz‎~15‎7‎5.‎42m‎h z范‎围，而‎此次课‎程设计‎主要向‎大家介‎绍最大‎平滑巴‎特沃兹‎微波电‎路和等‎波纹契‎比学夫‎微波电‎路设计‎方法。

‎当微波‎电路工‎作在射‎频的低‎端频段‎，可以‎使用集‎总参数‎的元件‎进行设‎计，利‎用集总‎参数的‎电感和‎电容，‎按照一‎定的设‎计规则‎选取合‎适的电‎路和元‎件的参‎数，就‎可以实‎现归一‎化低通‎滤波电‎路的设‎计。

然‎后通过‎利用频‎率变换‎就可以‎低通微‎波电路‎、高通‎微波电‎路、带‎通微波‎电路和‎带阻微‎波电路‎的设计‎。

关‎键字：‎‎滤波‎电路‎平滑巴‎特沃兹‎微波电‎路等‎波纹契‎比学夫‎微波电‎路一‎引言‎通过‎对射频‎设计电‎路的学‎习，我‎们知道‎无线通‎信的快‎速发展‎，更紧‎凑的滤‎波器和‎混频器‎电路正‎在被设‎计和使‎用。

通‎常这些‎电路的‎工作频‎率高于‎1Gh‎z。

毫‎无疑问‎这种趋‎势将会‎继续下‎去，因‎此不仅‎要有独‎特性能‎的技术‎装置，‎而且要‎学会对‎高频电‎路中遇‎到的问‎题进行‎分析，‎我们知‎道随着‎频率的‎升高以‎及其相‎应的电‎磁波的‎波长变‎得可与‎分立电‎路元件‎的尺寸‎相比拟‎时，电‎阻、电‎容和电‎感这些‎元件的‎电响应‎就开始‎偏离他‎们的理‎想频率‎特性，‎下面将‎简单的‎向大家‎介绍一‎下本次‎滤波电‎路的设‎计方法‎，以及‎如何对‎其进行‎归一化‎。

微波滤波器设计引言滤波器是一种二端口网络。

它具有选择频率的特性，即可以让某些频率顺利通过，而对其它频率则加以阻拦，目前由于在雷达、微波、通讯等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应提高;所以需用大量的滤波器。

再则，微波固体器件的应用对滤波器的发展也有推动作用，像参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等一类器件都是多频率工作的，都需用相应的滤波器。

更何况，随着集成电路的迅速发展，近几年来，电子电路的构成完全改变了，电子设备日趋小型化。

原来为处理模拟信号所不可缺少的LC型滤波器，在低频部分，将逐渐为有源滤波器和陶瓷滤波器所替代。

在高频部分也出现了许多新型的滤波器，例如:螺旋振子滤波器、微带滤波器、交指型滤波器等等。

虽然它们的设计方法各有自己的特殊之点，但是这些设计方法仍是以低频“综合法滤波器设计”为基础，再从中演变而成，我们要讲的波导滤波器就是一例。

通过这部分内容的学习，希望大家对复变函数在滤波器综合中的应用有所了解。

同时也向大家说明:即使初看起来一件简单事情或一个简单的器件，当你深入地去研究它时，就会有许多意想不到的问题出现，解决这些问题并把它用数学形式来表示，这就是我们的任务。

谁对事物研究得越深，谁能提出的问题就越多，或者也可以说谁能解决的问题就越多，微波滤波器的实例就能很好的说明这个情况。

我们把整个问题不断地“化整为零”，然后逐个地加以解决，最后再把它们合在一起，也就解决了大问题。

这讲义还没有对各个问题都进行详细分析，由此可知提出问题的重要性。

希望大家都来试试。

第一部分滤波器设计1-1 滤波器的基本概念图 1图1 的虚线方框里面是一个由电抗元件L 和C 组成的两端口。

它的输入端1-1'与电源相接，其电动势为Eg，内阻为R1。

二端口网络的输出端2,2' 与负载R2相接，当电源的频率为零(直流) 或较低时，感抗jωL很小，负载R2两端的电压降E2比较大(当然这也就是说负载R2可以得到比较大的功率)。

滤波器（Filter ）（一）滤波器之种类以信号被滤掉的频率范围来区分，可分为「低通」（Lowpass）、「高通」（Highpass）、「带通」（Bandpass）及「带阻」（Bandstop）四种。

若以滤波器原型之频率响应来分，则常见有「巴特沃斯型」（Butter-worth）、「切比雪夫I型」（Tchebeshev Type-I）、「切比雪夫II型」（Tchebyshev Type-II）及「椭圆型」（Elliptic）等几类。

若以使用组件型态来分，则可分为「主动型」（Active）及「被动型」（Passive)两类。

其中「被动型」又可分为「L-C型」（L-C Lumped）及「传输线型」（Transmission line）。

而「传输线型」以其结构不同又可分为「平行耦合型」（Parallel Coupled）、「交叉指型」（Interdigital）、「梳型」（Combline）及「发针型」（Hairpin-line）等不同型态。

这里以较为常使用的「巴特沃斯型」（Butterworth）、「柴比雪夫I 型」（Tchebeshev Type-I）为例，说明其设计方法。

（二）「低通滤波器」设计方法(A) 「巴特沃斯型」（Butterworth Lowpass Filter ）步骤一：决定规格。

电路特性阻抗（Impedance ）: Zo (ohm) 通带截止频率（Cutoff Frequency ）: fc (Hz) 阻带起始频率（Stopband Frequency ）: fx (Hz)通带衰减量（Maximum Attenuation at cutoff frequency ）: Ap (dB) 阻带衰减量（Minimum Attenuation at stopband frequency ）：Ax(dB)步骤二：计算组件级数（Order of elements ，N ）。

⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅≥c x Ap Ax f f N log 110110log 5.010/10/ ， N 取最接近的整数。

微波实验四滤波器设计一实验目的:*了解微波滤波电路的原理及设计方法。

*学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真二实验内容:*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。

*根据软件设计的结果绘制电路版图.三技术指标:*通带边界频率与通带内衰减、起伏.*阻带边界频率与阻带衰减.*通带的输入电压驻波比*通带内相移与群时延*寄生通带前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类(高通、低通、带通、带阻等)。

输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。

群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为dΥ/df ，群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真。

寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。

四：滤波器结构原理：平行耦合线带通滤波器的设计下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为二分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振电路。

我们以这种结构的滤波器为例，介绍一下设计的过程。

中心频率处的信号因开路只能往下一级耦合，直到输出形成带通滤波结构。

（注意如何选用控件，如何设置） *设计指标：通带3.0－3.1GHz ，带内衰减小于2dB ，起伏小于1dB ，2.8GHz 以下及3.3GHz 以上衰减大于40dB ，端口反射 系数小于-20dB 。

如S （2，1）参数2.8 2.93.0 3.1 3.2 3.32.7 3.4-50-40-30-20-10-60freq, GHzd B (S (2,1))设计方法：选定5级（左右对称）的平行滤波结构，设定与结构（宽窄W ，长短L ，耦合间隔S ）变量，以滤波器的S 参数作为优化目标进行优化仿真（计算机完成）。

S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21(S12)随频率变化曲线的形状上。

实验四射频微波滤波器的设计仿真与测试一、实验目的1.掌握低通原型滤波器的结构；2.掌握最平坦和等波纹型低通滤波器原型频率响应特性；3.了解频率变换法设计滤波器的原理及设计步骤；4.了解利用微带线设计低通、带通滤波器的原理方法；5.掌握用ADS进行微波滤波器优化仿真的方法与步骤。

二、滤波器原理2.1滤波器的技术指标滤波器的技术指标有：中心频率，通带最大衰减，阻带最小衰减，通带带宽，插入损耗、群时延，带内纹波，回波损耗、驻波比。

2.2插入衰减法设计滤波器插损法是一种系统的综合方法，可高度地控制整个通带和阻带内的幅度和相位特性，可以计算出满足应用需求的最好响应。

如要求插损小，可用二项式响应；而切比雪夫响应能满足锐截止的需要；若可牺牲衰减率的话，则能用线性相位滤波器设计法获得好的相位响应。

插损法使滤波器性能提高的最为直接的方法便是增加滤波器的阶数，滤波器的阶数等于元件的个数。

2.3集总元件低通滤波器原型最平坦响应滤波器设计切比雪夫滤波器设计 :2.4滤波器的设计步骤（1）由衰减特性综合出低通原型；（2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型；（3）计算滤波器电路元件值(集总元件)；（4）微波结构实现电路元件，并用微波微波仿真软件进行优化仿真。

三、集总参数滤波器3.1 设计一LC切比雪夫型低通滤波器，截止频率为75MHz，通带内衰减为3dB，波纹为1dB，频率大于100 MHz，衰减大于20 dB，Z0=50Ω。

原理图：仿真波形：四、微波滤波器的实现微波频率下的集总元件滤波器会出现两个问题：第一，集总元件如电感或电容仅有有限值可供选择，且在微波频率下会存在不可避免的寄生频率效应；第二，滤波器中各元件间的距离不可忽略。

4.1 设计最平坦响应低通滤波器，通带内波纹系数小于2，截至频率4GHz，8GHz 处插入损耗必须大于15dB，阻抗50 。

原理图：由于电路工作频率高，不宜采用集总元件，需转换为分布参数元件。

实验四微波滤波器测量实验一实验目的1．掌握微波低通、带通滤波器的工作原理2．学会使用AV3620矢量网络分析仪测量微波滤波器的幅频特性二实验原理1. 低通滤波器1.1 集总元件低通原型滤波器集总元件低通原型滤波器是设计微波滤波器的基础。

一般低通原型滤波器的两种可行结构如图4-1所示，它是个LC梯型网络，两端各接纯电阻负载，（a）与（b）两电路互为对偶，即串联电感与并联电容存在对换关系。

图4-1 低通原型滤波器的电路g,g,g,,g,g是由网络综合法得出的，它们的物理意义图中各元件值0121n n+如下：1~g |k k n =⎧=⎨⎩串联电感或并联电容11011g C g g L ⎧⎪⎨⎪⎩'’0'?0若＝（即电容输入），则为信号源的电阻R ＝若＝（即电感输入），则为信号源的电导G '11'1n n n n+n n n C L =⎧=⎨=⎩'＋'＋若 ，则为负载电阻g R g 若 ，则为负载电导g G 在实用中，通常都把低通原型的元件数值对0g 归一化，而频率对截止频率'1ω归一化，即0g 1，'1ω=1。

这种归一化原型很容易变换成其他阻抗水平和频率标度的滤波器，其变换公式如下：对于电阻或电导， 00'R R =R'R ⎛⎫ ⎪⎝⎭ 或 00'G G =G'G ⎛⎫ ⎪⎝⎭（4-1a ） 对于电感， '''0011'1010''R G L L L G R ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ωω== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ωω⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ （4-1b ）对于电容，'''0011'0110ωω''ωωR G C C C R G ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ （4-1c ）在这些公式中，带“撇”的量是归一化原型的，不带“撇”的量是需要变换的电路的。

微波带通滤波器设计XX（陕西理工学院电信工程系通信工程专业XXXXXXXX 陕西汉中 723000）指导教师： XX[摘要]本文论述了应用一个由美国AWR公司开发的Microwave Office微波仿真软件设计一个微波带通滤波器的设计方法，研究了二端口网络的S参数分析方法。

以及讲述了滤波器的两种基本类型：巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器的原理，并通过他们的区别选择了滤波器的设计方案。

最后通过软件对该滤波器进行了最优化仿真设计，并通过仿真结果对滤波器S参数进行分析。

[关键词]AWR；微波仿真；带通滤波器；最优化；S参数；Microwave bandpass filter designLi Wen(Grade07,Class3,Major of Communication Engineering，Dept. of E.I.of Shaanxi University of Technology,HanZhong 723003,China)Tutor: Nie Xiang[Abstract]: This paper discusses the application by the American AWR company developed the Microwave version of Microwave simulation software to design a Microwave bandpass filter, the design method of the research of two-port network S parameters analysis method. And tells the story of the filter two basic types: bart wo filter and chebyshev the principle of filter, and through the difference between the choice of the filter design scheme. Finally, through the filter software to the optimization design simulation, and through the simulation results to filter S parameters are analyzed.[Key words]: AWR; Microwave simulation; Bandpass filter; Optimization; S parameters;目录引言 (4)第一章绪论 (5)1.1 课题背景 (5)1.2 Microwave Office微波仿真软件的介绍 (5)第二章滤波器的基本概念 (7)2.1滤波器的基本形式 (7)2.2二端口网络分析 (7)2.3滤波器的功率 (9)2.4插入损耗和回波损耗 (10)第三章微波带通滤波器的设计 (11)3.1 中心频率的选择 (11)3.2 设计方案的确立 (11)3.3滤波器类型的选择 (11)3.3.1巴特沃斯滤波器 (11)3.3.2切比雪夫滤波器的原理 (13)3.3.4巴特沃斯滤波器与切比雪夫滤波器的比较......... 错误!未定义书签。

微波滤波器的设计制作与调试（一）实验目的1.、了解微波滤波电路的原理及设计方法。

2、学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。

3、掌握微带滤波器的制作及调试方法。

（二）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。

3、对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。

（三）微带滤波器的技术指标1、通带边界频率与通带内衰减、起伏2、阻带边界频率与阻带衰减3、通带的输入电压驻波比4、通带内相移与群时延5、寄生通带技术指标说明：1、前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类(高通、低通、带通、带阻等)。

2、输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。

3、群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为dΥ/df ，群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真。

4、寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。

本实验要设计的滤波器设计指标：通带3.0－3.1GHz，带内衰减小于2dB，起伏小于1dB，2.8GHz以下及3.3GHz以上衰减大于40dB，端口反射系数小于-20dB。

（四）实验过程1、利用ADS软件创建实验原理图下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振电路。

图一下图为设置微带器件参数后的原理图：图二平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合线节中，第1、5及2、4节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的。

其中的W1与W2参数代表该器件左右相邻两侧的微带器件的线宽，它们用来确定器件间的位置关系。

将这些量设置为优化变量，进行优化。

添加优化目标及优化控件后的原理图模型：图三然后开始优化，优化目标达到以后，保存优化后的数据然后进行仿真。

微波滤波器设计系别：信息与通信工程系专业：通信工程姓名：程斌指导教师：杨曙辉【摘要】微波滤波器是微波系统中重要元件之一，它是一种对频率具有选择性的二端口网络，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。

本设计的目标是掌握微波带通滤波器的基本设计方法，并设计出1.2G~2.0Ghz 微波带通滤波器。

【关键词】微波带通滤波器微波谐振器导纳变换器Ansoft Designer1.引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。

滤波器种类很多。

按作用分有低通、高通、带通、带阻滤波器；按插入衰减频率特性的响应有最大平坦式、切比雪夫式和椭圆函数式滤波器等；按传输线类型分有波导型、同轴型、带状型和微带型滤波器；按工作方式分有反射式、接收式等；按应用分类有可调、固定调谐；按加载方式有单终端、双终端等；按带宽分有窄带、中带和宽带滤波器等等，还有许多种按设计方法的分类。

常见滤波器分为以下几类：1）直接耦合或1/4波长耦合谐振器滤波器这是一种端耦合滤波器，它应用于同轴线、带状线、波导各种形式他的设计方法有基于集总元件低通原型和基于阶梯阻抗变换器原型。