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、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 A1 1M1k t 1M kN *'iM2N人M 1,N_ej■'s jM12jM130jM12s jM23 0=jM13a jM23s9 0jM1,N 一jM2,N U jM3,N —■0 一11jM1 NjM2 NjM3NjM1, N JjM1 NjM2,N -1jM2 NjM3,N -4jM 3njM N —, N i N -1jM N -1, N s R2 JL|N MR i e ik,N 11/2H 'N1/2H 1H1/2H i21/2H ■■-R2这个电路的回路方程可以写为〕「h 1I i2i3或者写成矩阵方程的形式：E = ZI二(sU0• jM R)I般来讲，频率都归一成 1，即0=1,则jM ij j M 厂 j 0M ij其中E 为电压矩阵，I 为电流矩阵，Z 为阻抗矩阵,U0是N X N 阶单位矩阵。

第一章滤波器简介和设计思想1、滤波器概念和简介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，在通信系统中通过或阻断、分开或合成某些频率的信号。

虽然滤波器的物理实现形式多种多样，但其等效电路网络的拓扑结构是相同的。

显然，滤波器的设计要根据各种因素综合考虑。

通常的，滤波器设计中考虑的主要因素有：●体积和重量●品质因数Q●带宽●调谐范围●耦合结构●功率容量●造价根据不同的波段和应用，各种形式的滤波器可以简单的列表见表1.1，其滤波器实物见图1.1。

表1.1 滤波器工程应用频段UHF L/S C X/Ku Ka工艺SAW螺旋介质梳状平面波导梳状SAW介质平面高温超导波导介质波导高温超导平面梳状介质波导平面波导介质平面应用移动通信卫星通信PCS卫星通信MMDS卫星通信卫星通信链接LMDS卫星图1.1 不同形式的滤波器实物照片2、综合，还是优化传统的滤波器设计，采用网络综合的方法。

所谓网络综合，是预先规定元器件特性而用网络去实现的一个过程。

它大致包括三个步骤：提出目标，即理想响应；选用可能的函数去逼近理想响应；设法实现具有逼近函数特性的网络。

由于采用的逼近函数不同，一般有Butterworth综合、Chebyshev综合、椭圆函数综合等滤波器设计方法。

计算机技术的不断发展为滤波器优化设计提供了可能。

是采用综合的方法，还是采用优化的方法完成滤波器设计呢？它们各自的特点见表1.2。

表1.2 综合与优化设计方法的比较综合优化明确的数学和物理意义可能是最优的有效的需要特定的函数有时是困难和耗时的理论较少，更实际公式简单适应市场需要非特定规划的可能是低效率、耗时和非唯一的近年来，随着计算机计算能力的急剧提高和全波电磁仿真软件（如Ansoft）的大力发展，优化的方法好像越来越有效和简单。

但是，无论计算能力多么巨大，仿真软件如何优秀，单纯地依赖优化的方法仍然有其固有的局限性。

首先，优化的方法需要确定优化的变量和代价函数，通常代价函数可以采用实际响应和理想响应的差距，而优化变量的确定就复杂得多，实际中常常是已确定网络的拓扑，优化元件值；或者已确定基本的结构优化物理尺寸等等。

《耦合带通滤波器的仿真与设计》篇一一、引言在电子通信系统中，滤波器是一个不可或缺的组成部分。

耦合带通滤波器作为一种特殊的滤波器，能够允许特定频率范围内的信号通过，同时抑制其他频率的信号。

在通信系统、雷达系统、测试设备等领域有着广泛的应用。

本文旨在详细阐述耦合带通滤波器的仿真与设计过程，以期为相关领域的研究人员和工程师提供一定的参考。

二、理论基础在开始设计耦合带通滤波器之前，我们需要了解一些基本的理论知识和设计原理。

1. 滤波器的基本概念：滤波器是一种用于信号处理的电子设备，它可以根据需要选择性地通过或阻止特定频率范围内的信号。

2. 带通滤波器的定义：带通滤波器是一种特殊的滤波器，它允许在特定频率范围内的信号通过，同时抑制其他频率的信号。

3. 耦合带通滤波器的原理：耦合带通滤波器利用电感、电容等元件的耦合作用，实现特定频段的信号传输和抑制。

三、设计步骤设计耦合带通滤波器的过程可以大致分为以下几个步骤：1. 确定指标：根据实际需求，确定滤波器的中心频率、带宽、插入损耗等指标。

2. 选择元件：根据设计指标和实际条件，选择合适的电感、电容等元件。

3. 设计电路：根据所选元件和设计指标，设计出电路图。

这一步需要运用电路理论知识，确保电路的稳定性和性能。

4. 仿真验证：利用仿真软件对设计的电路进行仿真验证，检查是否满足设计指标。

这一步可以帮助我们提前发现设计中可能存在的问题，并进行修改。

5. 制作与测试：将设计好的电路制作成实物，并进行实际测试。

通过测试结果，我们可以对设计进行进一步的优化。

四、仿真过程仿真过程是验证设计可行性的重要环节。

在这里我们主要使用MATLAB软件进行仿真。

1. 建立模型：根据设计好的电路图，在MATLAB中建立相应的模型。

这一步需要确保模型的准确性和可靠性。

2. 设置参数：根据设计指标和实际条件，设置模型的参数。

包括元件的参数、电路的拓扑结构等。

3. 进行仿真：运行仿真程序，观察仿真结果。

《耦合带通滤波器的仿真与设计》篇一一、引言随着通信技术的不断发展，信号处理技术也日益成为研究的热点。

在信号处理中，滤波器是一种重要的器件，用于从混合信号中提取所需信号。

其中，带通滤波器是一种能够通过特定频率范围内的信号并抑制其他频率信号的滤波器。

耦合带通滤波器则是带通滤波器中的一种，其通过电感或电容等元件将不同频率的信号进行耦合和滤波。

本文旨在探讨耦合带通滤波器的仿真与设计，以期为相关领域的研究提供一定的参考。

二、耦合带通滤波器的基本原理耦合带通滤波器主要由电感、电容等元件组成，通过这些元件的耦合作用，实现对特定频率范围内信号的滤波。

其基本原理是利用电感、电容等元件的频率特性，使不同频率的信号在传输过程中产生不同的相移和衰减，从而实现滤波。

三、耦合带通滤波器的设计1. 设计目标与参数设定在耦合带通滤波器的设计中，首先需要明确设计目标，如所需通过的频率范围、滤波器的插损、回波损耗等指标。

然后根据这些指标进行参数设定，如电感、电容的值等。

2. 元件选择与电路拓扑在选择元件时，需要考虑元件的频率特性、精度、稳定性等因素。

常用的电感元件有空气电感、磁芯电感等；常用的电容元件有陶瓷电容、电解电容等。

根据设计需求和元件特性，选择合适的电路拓扑，如T型、π型等。

3. 仿真与分析利用仿真软件对电路进行仿真，观察电路的频率响应、插损、回波损耗等指标是否满足设计要求。

通过对仿真结果的分析，不断调整电路参数，以达到最佳性能。

四、耦合带通滤波器的仿真仿真是一种重要的手段，可以帮助我们更好地理解电路的性能和优化电路设计。

在仿真过程中，我们可以观察电路的频率响应、插损、回波损耗等指标的变化，从而了解电路的性能特点。

对于耦合带通滤波器，我们可以通过改变电感、电容等元件的参数来调整其性能。

在仿真过程中，我们可以使用各种工具来帮助我们更好地分析和优化电路设计。

五、实验与结果分析在完成电路设计后，我们需要进行实验验证。

通过实验测试电路的频率响应、插损、回波损耗等指标，将实验结果与仿真结果进行对比，以验证设计的正确性和可行性。

一种新型交叉耦合微带滤波器的设计
一种新型交叉耦合微带滤波器的设计
曹锐;孙振鹏
【摘要】文章通过对当前一种先进微带滤波器进行等效电路分析,并进行多方位的仿真和拟合计算,最终设计出6阶高选择性微带滤波器,理论分析和全波仿真结果近似一致;该滤波器不仅尺寸小,而且通带性能好,带外抑制度高;可广泛应用于平面电路中,在MMIC、超导技术等先进电路中也有很高的使用价值.
【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2006(029)004
【总页数】4页(P444-447)
【关键词】微带滤波器;开环谐振器;耦合系数
【作者】曹锐;孙振鹏
【作者单位】华东电子工程研究所,安徽,合肥,230031;合肥工业大学,电气与自动化工程学院,安徽,合肥,230009;华东电子工程研究所,安徽,合肥,230031
【正文语种】中文
【中图分类】工业技术
第 29 卷第 4 期 2006 年 4 月合肥工业大学学报（自然科学版）JOURNAL OF HEFEi UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.29No.4Apr.2006 一种新型交叉搞合微带滤波器的设计曹锐J,2 ，孙振鹏1(1.华东电子工段研究所．安徽合肥 230031 : 2.合肥工业大学电气与自动化工程学院．安徽合肥230009)摘要：文章通过对当前一种先进微带滤波器进行等效电路分析，并进行多方位的仿真和拟合计算，敲终。

微带交叉耦合型滤波器研究与设计杨永侠，王亚亚（西安工业大学电子信息工程学院，陕西西安710032）摘要：为了进一步实现滤波器的小型化，便于集成，本文根据滤波器的设计理论，详细阐述了如何利用ADS软件来设计、仿真及其优化带宽为100MHz的交叉耦合微带带通滤波器，结果表明此设计不但达到了目标参数的设计要求，而且实现了滤波器的小型化。

关键字：微带滤波器；交叉耦合；带通滤波器；ADS滤波器的主要的功能是用来分隔频率，让需要的频率信号通过，抑制不需要的频率信号，它的性能的好坏直接影响到整个系统的优劣。

射频和微波电路中最常用的是微带线滤波器，常见的微带线滤波器有平行耦合型，发夹型，交指型，交叉耦合型等等。

本文设计的是交叉耦合型带通滤波器。

交叉耦合型滤波器是半波长耦合滤波器的一种变形结构，是把半波长谐振器折合成“U”型结构，然后相互交叉，因此结构紧凑，尺寸较小，具有较好的性能，在微波电路中有着良好的应用前景。

滤波器的性能主要由微带线的物理参数决定，这些参数包括：谐振器长度、谐振器间的耦合间距以及抽头位置等。

所以，设计滤波器的重点与难点就是对这些物理参数的确定。

本文通过对通带为3.0——3.1GHz滤波器的ADS设计详细叙述了微带交叉耦合型滤波器的设计方法，并研究了物理参数对滤波器性能的影响。

收稿日期：2012-04-09作者简介：杨永侠(1962-)，女，西安工业大学，教授，主要从事信号处理与电磁兼容方面的研究。

Email: ****************手机：139****8800；*通讯作者：王亚亚，*********************1 交叉耦合型滤波器的设计原理1.1 交叉耦合带通滤波器原理Z,Z分别交叉耦合滤波器以开路式对称耦合微带单元级联而成，如图1(a)示：式中。

0o0e表示耦合微带的奇模、偶模特性阻抗，c θ表示耦合微带线的电长度。

其1A 矩阵为： 220e+0o 0e-0o 0e+0o 0e-0o 0e-0o 10e+0o 0e-0o 0e-0o Z Z (Z )(Z )cos cos Z Z 2(Z )sin 2sin Z Z cos Z Z Z Z c c c c c Z Z θθj Z θA θj θ⎡⎤-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦(1) 该耦合单元可以等效成一个导纳倒置器和接在两端的两端长度为c θ、特性导纳为0Y 传输线的组合。

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:这个电路的回路方程可以写为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,则其中E 为电压矩阵，I 为电流矩阵，Z 为阻抗矩阵，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：其中对角线上的元素代表每一个谐振腔回路的自耦合，表示每一个谐振腔的谐振频率fi 与中心频率f0之间的偏差。

（在同步调谐滤波器中，认为它们的值都取零）。

R 矩阵是N ×N 阶方阵，除R(1,1)=R1，R (N,N)=R2为非零量以外，其它元素值都等于零。

那么，这个电路的传输函数可以写为其中，D(cofZ1N)表示Z 矩阵第一行、第N 列元素的代数余子式，D(Z)表示Z 矩阵的行列式。

相应地,通带增益频响特性为取 n =3，可得 3×3 阶耦合矩阵M ：3阶椭圆函数滤波器的低通增益函数修正为：其中上述方法中的等波纹系数也必须进行修正，修正方法有下列两种：(1)取n F 导数为零的点，得到(－1，1)内各点的最大值α，有：(2)令标准椭圆函数与修正后的椭圆函数在边带上的衰减相等，从而求得修正后的纹波系数：四、 实验内容设计一个交叉耦合滤波器，其指标要求如下：中心频率：910MHz带宽：40MHz带内反射：< 20dB带外抑制：在MHz 处>20dB此滤波器通过三腔微带结构(环形谐振器)实现。

腔体交叉同轴滤波器设计传输零点位置的判定图中A、B端口间的串联电感代表感性耦合，对传输信号相移约−90o，串联电容表示容性耦合，对传输信号相移约+90o。

并联电容电感回 路代表谐振器，在谐振点处相移为零，在谐振频率低端呈现约+90o相移，在谐振频率高端呈现约−90o相移。

因此，滤波器的交叉耦合可 用示意图2表示，图中含有编号的圆圈代表谐振器，其间的电感与电容表示谐振器之间的耦合关系，其他数字表示信号相移度数。

如果首尾输入输出谐振器(图2中1与3或1与4)间的各传输通道附加相移相反，传输信号破坏性叠加的结果会 在传输通带带边生成传输零点，谐振器的相移特性决定了传输零点在通带高端或低端，而交叉耦合强度决定其距通带中心的位置，耦合越 强，传输零点距通带越近。

因此，图2中的交叉耦合确定了传输零点的相对位置与个数。

在图2中，结构(a)的传输通带高端带边出现一个 传输零点，这是由于只有在谐振器2的谐振频率高端，主传输通道(1→2→3：相移为−90o−90o−90o=−270o)与交叉耦合通道(1→3：相 移为−90o)间的相移才是相反的；结构(b)在通带低端带边出现一个传输零点；结构(c)在通带高端与低端带边各出现一个传输零点；结构 (d)中不出现实频率传输零点，但出现虚频率零点，使其通带内的群时延特性更平坦[1]；结构(e)中两条交叉耦合通道导致通带高端带边出 现两个传输零点；结构(f)中两条交叉耦合通道使得通带低端带边出现两个传输零点。

新锐科技技术部2007-12-28腔体布局的设计根据设计目标，依据上文的零点判定方法，选 择布局由于分布参数电路的特点，交叉耦合多为 平面内实现；实现交叉的方法有限；偶数 节数耦合器多用并排方式，奇数可以是中 线对称结构一下实例一个PHS频段的滤波器设 计，选择4节设计，1-4节交叉inout*红色箭头表示交叉耦合；可以有多 种选择新锐科技技术部2007-12-28耦合系数选择耦合系数选择难度较大，因为我不会复杂的矩阵计算，看都看不懂惭愧。

《耦合带通滤波器的仿真与设计》篇一一、引言随着通信技术的不断发展，信号的频率范围日益增加，同时对于信号的质量要求也变得越来越高。

滤波器是信号处理过程中的关键器件之一，具有在指定频带内过滤杂散信号、降低噪声干扰的作用。

而带通滤波器，特别在通信系统中的应用尤其广泛，因其能仅在某一特定的频段范围内通过信号，起到阻隔或滤除高频与低频信号的作用。

本文将详细介绍耦合带通滤波器的仿真与设计过程。

二、耦合带通滤波器的基本原理耦合带通滤波器是一种特殊的带通滤波器，其工作原理主要基于电路中的耦合效应和滤波器的频率选择特性。

该滤波器通过特定的电路结构，如谐振电路、耦合电容等，实现对于特定频率范围内的信号的传输和对于其他频率的信号的抑制。

三、设计步骤1. 确定设计指标：首先需要明确滤波器的设计指标，如中心频率、带宽、插入损耗、回波损耗等。

这些指标将直接决定滤波器的性能。

2. 选择拓扑结构：根据设计指标，选择适合的滤波器拓扑结构。

对于耦合带通滤波器，常见的拓扑结构包括梳状线型、枝节线型等。

3. 确定元件参数：根据所选的拓扑结构和设计指标，确定滤波器中各个元件的参数，如电容、电感等。

4. 仿真验证：利用仿真软件对设计的滤波器进行仿真验证。

通过调整元件参数，优化滤波器的性能。

5. 制作与测试：根据仿真结果，制作实际的滤波器并进行测试。

通过测试结果与仿真结果的对比，验证设计的正确性。

四、仿真设计本文以枝节线型耦合带通滤波器为例，详细介绍仿真设计过程。

1. 拓扑结构选择：选择枝节线型拓扑结构作为本次设计的滤波器结构。

2. 确定元件参数：根据设计指标和拓扑结构，确定滤波器中各个元件的参数。

如采用不同长度的传输线来实现枝节线的功能，调整各段传输线的长度以获得期望的频响特性。

同时确定谐振器的尺寸、数量及电容、电感的值等关键参数。

3. 仿真验证：将设计好的元件参数输入到仿真软件中，进行仿真验证。

通过调整元件参数和优化电路结构，使滤波器的性能达到设计指标要求。

《耦合带通滤波器的仿真与设计》篇一一、引言在现代电子通信系统中，滤波器作为信号处理的关键元件，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。

耦合带通滤波器作为其中的一种重要类型，其设计及仿真过程对于提高通信系统的抗干扰能力和信号传输质量具有重要意义。

本文将详细介绍耦合带通滤波器的仿真与设计过程，以期为相关领域的研究人员和工程师提供一定的参考。

二、耦合带通滤波器的基本原理耦合带通滤波器是一种能够允许特定频段信号通过，同时抑制其他频段信号的滤波器。

其基本原理是通过合理的电路结构和元件参数，使滤波器在特定频率范围内具有较高的选择性。

耦合带通滤波器的设计涉及到电路理论、电磁场理论、滤波器理论等多个领域的知识。

三、耦合带通滤波器的设计步骤1. 确定设计要求：根据系统需求，确定滤波器的中心频率、带宽、插入损耗、回波损耗等指标。

2. 选择滤波器类型：根据设计要求，选择适合的滤波器类型，如微带线型、同轴线型等。

3. 设计电路结构：根据所选滤波器类型，设计合理的电路结构，包括耦合线的长度、间距、阻抗等参数。

4. 计算元件参数：通过电磁场仿真软件，计算电路中各元件的参数，如电容、电感等。

5. 优化设计：根据仿真结果，对电路结构及元件参数进行优化，以达到设计要求。

四、耦合带通滤波器的仿真在完成设计后，需要通过仿真软件对滤波器进行仿真，以验证其性能。

常用的仿真软件包括ADS、HFSS等。

仿真过程中，需要设置合理的仿真参数，如信号源、负载等，以模拟实际工作环境。

通过仿真，可以观察到滤波器的频率响应、插入损耗、回波损耗等性能指标，从而评估滤波器的性能是否满足设计要求。

五、实验与测试仿真完成后，需要通过实验与测试来验证滤波器的实际性能。

实验过程中，需要搭建实际的电路系统，将设计的滤波器接入系统进行测试。

测试过程中，需要使用各种仪器和工具来测量滤波器的性能指标，如频谱分析仪、网络分析仪等。

通过实验与测试，可以获得滤波器的实际性能数据，从而评估设计的准确性和可靠性。

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。

《耦合带通滤波器的仿真与设计》篇一一、引言随着无线通信技术的飞速发展，滤波器作为电子电路中的关键部件，对于提高系统性能具有重要的作用。

带通滤波器（Band-Pass Filter，BPF）因其可以传输某一特定频率范围的信号，被广泛应用于各种通信系统、信号处理及测控电路中。

而耦合带通滤波器作为一种特殊结构的带通滤波器，其性能优化及设计方法成为研究的热点。

本文旨在探讨耦合带通滤波器的仿真与设计方法，为相关研究提供参考。

二、耦合带通滤波器的基本原理耦合带通滤波器主要由电感、电容等元件构成，通过特定的电路结构实现频率选择功能。

其基本原理是利用电路中的电感和电容对不同频率的信号进行阻抗匹配，使特定频率范围的信号得以通过，而其他频率的信号则被抑制或衰减。

耦合带通滤波器的设计涉及到电路元件的选取、参数计算及电路结构的优化等方面。

三、耦合带通滤波器的设计1. 设计指标与要求在设计耦合带通滤波器时，首先需要明确设计指标与要求。

包括中心频率、带宽、插入损耗、回波损耗等。

这些指标将直接影响到滤波器的性能。

2. 电路元件的选择与参数计算根据设计指标，选择合适的电感、电容等电路元件。

电感、电容的参数计算是设计过程中的关键步骤，需要根据滤波器的拓扑结构、工作频率等因素进行计算。

此外，还需考虑元件的精度、稳定性及成本等因素。

3. 电路结构的优化电路结构的优化是提高耦合带通滤波器性能的重要手段。

通过对电路结构进行调整、改进，可以提高滤波器的带宽、降低插入损耗、提高回波损耗等性能指标。

常用的优化方法包括拓扑结构的选择、元件的布局、接地处理等。

四、耦合带通滤波器的仿真仿真是一种重要的设计手段，可以帮助设计师在制作实物之前预测滤波器的性能。

通过仿真软件，可以建立耦合带通滤波器的电路模型，对电路元件的参数进行调整，观察滤波器的性能变化。

仿真结果可以为设计提供参考，减少制作成本及风险。

五、实验与结果分析在完成耦合带通滤波器的设计后，需要进行实验验证。

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：这个电路的回路方程可以写为e 1 R 1 sjM 12 jM 13 jM 1, N 1 jM 1N 11 0 jM 12sjM 23jM2, N 1 jM 2N 12 0 jM 13jM 23sjM3, N 1 jM 3n i 3jM 1 ,N 1jM 2 ,N 1 jM 3, N 1s jM N 1 ,N1 N 1 0jM 1 N jM 2 NjM 3NjM N 1 ,Ns R 2i Ne 1M121F1 1FM2k1FMk,N 1.1F1,N1F1 1皿恢r MkN 'M2,N 1或者写成矩阵方程的形式：E ZI (sU ojM R)lR 1k41，N一般来讲，频率都归一成 1，即3 0=1,则jM ijj M j jM i j其中E 为电压矩阵，1为电流矩阵， Z 为阻抗矩阵，Z sU o jM oRU0是N X N 阶单位矩阵。

M 是耦合矩阵，它是一个N X N阶方阵，形式如下:0 M 12 M 13M1, N 1M 1 NM 12M 23M 2,N 1M 2 NM 13MM 23M3, N 1M 3 NM 1 , N 1 M 2, N 1 M 3 , N 1M N 1, NM 1 NM 2 NM 3NM N 1, N其中对角线上的元素代表每一个谐振腔回路的自耦合，表示每一个谐振腔的谐振频率 fi 与中心频率f0之间的偏差。

实验一穿插耦合滤波器设计与仿真一、 实验目的1.设计一个穿插耦合滤波器2.查看并分析该穿插耦合滤波器的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根底上，非相邻腔之间可以相互耦合即“穿插耦合〞，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。

穿插耦合带通滤波器的等效电路如以以下图所示。

在等效电路模型中，e1表示鼓励电压源，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 腔穿插耦合带通滤波器等效电路如以以下图所示:e R2这个电路的回路方程可以写为⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---------N N NN NNNN 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 jMjM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131,3231321,2231211,11312110000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,那么ijij 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，RM U Z ++=00j sU0是N ×N 阶单位矩阵。