基于HFSS带通滤波器设计文献综述
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基于阶梯阻抗谐振器的宽带带通滤波器设计刘凯正【摘要】利用在空间位置上对称的两个三阶阶梯阻抗谐振器设计了一款宽带带通滤波器.两个阶梯阻抗谐振器由两段相同的传输线分别加载终端短路枝节及开路枝节构成.通过合理的参数调节及适当的耦合,使谐振器的双模特性(谐振器)变为三模特性(滤波器).仿真结果显示,该滤波器带内最小插入损耗约为-0.41dB,最大回波损耗约为-13.66dB,-3dB相对带宽达到73.73%,具有一定的带宽特性.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】2页(P154-155)【关键词】宽带滤波器;三阶阶梯阻抗谐振器;传输零点;枝节加载【作者】刘凯正【作者单位】贵州师范大学机械与电气工程学院【正文语种】中文0 引言由于宽带滤波器的带宽优势,令其在通信领域备受瞩目[1],同时引起了相关专家学者对宽带滤波器的进一步研究,提出了多种设计方法[2-6]。
程巍[2]等利用半波长槽线结构设计的宽带滤波器,相对带宽达到100%,具有明显的带宽优势,但通带两侧并未产生传输零点,从而限制了滤波器的频选特性及阻带抑制力。
赵兰、刘伟[3]利用高低通滤波器级联法设计了一款具有陡峭边带特性的宽带滤波器,但级联法不利于滤波器的小型化。
宛新文[4]等利用缺陷地结构(DGS)设计的宽带滤波器,实测与仿真结果吻合较好,但其相对带宽只有7%,且模型结构复杂。
钱颖[5]等利用三线耦合线结构设计了一款具有三个传输零点的宽带滤波器,在带宽、频选、通带边缘陡峭度及带外杂散抑制等方面均具有较好的性能。
本文基于三阶阶梯阻抗谐振器(SIR)结构设计了一款宽带带通滤波器。
利用加载终端短路枝节、开路枝节的两个谐振器的相互作用,使谐振模式发生变化(双模变为三模),利于滤波器的宽带特性及灵活调节性。
通过谐振器之间、输入/输出馈线与谐振器之间的缝隙耦合,令通带两侧产生了两个传输零点,有效提升了滤波器的频选特性。
1 阶梯阻抗谐振器分析图1 三阶阶梯阻抗谐振器基本结构图1所示为三阶阶梯阻抗谐振器基本结构,由a,b,c三段传输线连接而成(另一谐振器终端开路,即c段传输线无接地过孔,其他结构均相同,故只用图1说明)。
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。
基于HFSS的微调谐腔体带通滤波器设计发表时间:2016-10-12T14:41:17.417Z 来源:《电力设备》2016年第14期作者:李婷婷[导读] 针对微调谐腔体带通滤波器设计制造中存在的问题,介绍了腔体带通滤波器的总体设计。
(广州海格通信集团股份有限公司)摘要:针对微调谐腔体带通滤波器设计制造中存在的问题,介绍了腔体带通滤波器的总体设计;论述了需要解决的问题,如优化计算、提高仿真精度和简化调谐结构,并对二端口网络等效替换、整体仿真和微调谐关键技术进行了分析。
关键词:腔体带通滤波器;微调谐;免调谐;HFSS传统的微波腔体带通滤波器的设计过程中,参数计算量大,仿真存在误差,调谐过程耗时费力。
随着腔体带通滤波器在微波通信设备中的广泛应用,其设计方法有待改进。
通过设计参数求取方法的改进和对原理图的完善补充以及采用合理的仿真过程,确保了滤波器设计的精确度。
在此基础上,摒弃传统的用调谐螺钉调谐的方式,采用微调谐结构的腔体来实现滤波器的微调谐,配合线切割加工工艺,最终实现腔体带通滤波器的精确微调谐设计,一定的相对带宽条件下,可实现免调谐设计。
一、总体设计微波腔体带通滤波器的设计过程大体分为3步:一是按设计要求求取设计参数;二是进行滤波器模型的仿真;三是进行滤波器的调谐。
求取设计参数一般先根据设计要求选择合适的切比雪夫低通原型滤波器,因为较之最大平坦型滤波器,切比雪夫滤波器有更优异的带外抑制,较之椭圆函数滤波器更易于实现。
进行模型仿真前,还需要得到以下3个参数:一是单端输入最大群时延;二是谐振器间耦合系数;三是谐振腔的谐振频率。
滤波器模型的仿真分为2步:第一步要在HFSS中建立滤波器的三维微调谐模型;第二步就是进行HFSS的模型仿真。
在HFSS中建立滤波器腔体模型后,对其先后进行单谐振器本征模仿真、双谐振器本征模仿真和单端输入最大群时延仿真,分别得到单谐振器谐振频率、相邻谐振器间耦合系数和单端输入最大群时延等参数的仿真值。
用Ansoft HFSS 分析小型化、高带外抑制的微带滤波器赵 平上海航天局八0四研究所电子三室 200082摘要:本文用Ansoft HFSS 分析小型、高带外抑制的PBG 结构的微带滤波器的结构形式和特有的频率响应特性。
关键词: PBG 光子带隙结构 Ansoft HFSS 微带 带通滤波器1. 引言随着“无线时代”的到来,微波工程师关注于电磁波频谱合理、高效、安全的使用、EMI / EMC 问题的解决,小型化、高带外抑制、低成本、宽带滤波器的研究、应用有着重要的意义。
微波滤波器已成为无源微波元件的主角之一,它不仅能完成本身的任务,而且能代替其他一些微波元件的功能,或者可把另外一些微波元件看成微波滤波器结构来进行设计,随着新材料、新技术的引入、应用,滤波器的概念“广义化”。
2. 滤波器设计2.1 滤波器响应函数类型选择图2 1994年 Alumina 构建的光子晶格滤波器特性可用其频率响应来描述,按其特性的不同可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
图1中是以带通滤波器为例的滤波器响应,图中横坐标是归一化频率f,纵坐标是工作衰减(简称“衰减”)或插入衰LA 。
图 1 中所示三种函数滤波器的传输特性,观察可知不同点在于传输零点的位置: Chebyshev 函数滤波器传输零点在无限远处,Elliptic 函数滤波器传输零点在有限特定频率且阻带呈现等波纹特性,Quasi-Elliptic 函数滤波器将 hebyshev 函数滤波器和 Elliptic函数滤波器的特性“融合”在一起:即保留了无限远处的零点,又有一对传输零点在特定频率。
由此分析,可得出关于滤波器类型选择的依据:为了满足通带的插入损耗带外隔离,应选级数较少的滤波器,相应的级数较少的滤波器的Q 值也低;通带边沿的插入损耗期望等同于通带中心频率的插入损耗,在 Elliptic 函数滤波器、Quasi-Elliptic 函数滤波器中通带边沿的插入损耗受截至频率附近的传输零点影响较大;Chebyshev 函数滤波器和 Elliptic 函数滤波器、Quasi-Elliptic 函数滤波器相比 ,虽然带外隔离较好,但在靠近通带边沿处比选择性差;虽然可以通过增加级数提高选择性,但同时带内插入损耗也增加;Elliptic 函数滤波器在靠近通带边沿有较高的选择性,但是相对于 Quasi-Elliptic 函数滤波器,它的带外隔离较差;Elliptic 函数滤波器应用分布元件较难实现,而 Quasi-Elliptic 函数滤波器却较之容易满足设计要求。
基于HFSS的微波带阻滤波器设计引言:微波带阻滤波器是一种能够阻止特定频段信号传输的电路器件,在无线通信和雷达系统中具有广泛的应用。
本文将基于HFSS软件来设计一种微波带阻滤波器。
设计目标:设计一个具有中心频率为2GHz,带宽为500MHz的微波带阻滤波器,并实现较好的阻带衰减。
设计步骤:1. 确定滤波器类型:根据设计要求,我们选择了以理想带阻类型为参考,具体选择了Cauer型带阻滤波器。
2.选择滤波器结构:根据设计要求,我们选择了巴特沃斯微带滤波器结构,它具有简单的结构和相对较好的性能。
3.确定滤波器的阻带和通带:根据设计要求,我们确定了滤波器的上下阻带频率和通带频率。
4.开始HFSS软件设计:根据以上设计目标和步骤,我们打开HFSS软件,并进行以下设计:a)创建一个适当大小的板材作为基底。
b)选择适当的介质材料,以获得所需的介电常数。
c)绘制微带线结构和抗地面。
d)添加滤波器元件,例如阻抗转换器和耦合缝隙等,以实现所需的滤波特性。
e)对设计进行模拟和优化,以获得最佳性能。
5.导出设计文件:优化完成后,将设计导出为标准格式的文件,以便进行后续的制作和测试。
6.制作和测试:根据导出的设计文件,制作实际的滤波器电路,并使用合适的测试设备进行性能测试。
结论:本文介绍了基于HFSS软件的微波带阻滤波器的设计流程。
通过HFSS 的模拟和优化功能,我们能够快速设计出符合要求的滤波器电路,并能够预测其性能。
通过实际制作和测试,我们可以验证设计结果,并对其进行修正和改进。
微波带阻滤波器的设计是一个复杂的过程,需要对电磁场和滤波器原理有一定的理解和经验。
然而,使用HFSS等仿真软件可以大大简化设计过程,并提高设计效率和准确性。
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。
第30卷 第2期2007年4月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30 No.2Ap r.2007Design of Coaxial Filter s B a sed On HFSSL IU Pen g 2y u1,2,Z H A N G Yu 2hu 2,S H E N H ai 2gen11.School of El ect ronic Inf or mati on an d Elect ric Engi neerin g ,S hangh ai J i ao Tong Univers it y ,S hang hai 200240,Chi na;2.S hang hai S p acef li ght Ins ti t ute of T T &C and Telecommuniat ion ,S han ghai 200086,Chi naAbstract :Coa xial filt er s is wi dly used in microwave circuit s.we re search how to anal ysi s and desi gn coaxial fil t er s used by a 3D f ull 2wave field sol ver ,HFSS.The 3D f ull -wave fiel d analysi s i ncl ude s t he eff ect s oft uning screw ,interstage coupli ng ape rt ure and inp ut/o utput coaxial exci tat ion.Base o n t hess analysi ses ,we work out a S -ba nd coaxial filt er ai ded by sim ulati ng and opti mizi ng i n H FSS.The result of t he expe ri 2mentat ion matched well wit h t he result of si mul ation ,and f ulfi led technic t arget s.The coaxial fi lte r has bee n used in a spacef li ght project successf ully.The way of com bini ng t he t ra di tional t heor y wit h t he ad 2vanced comp ut er t echnology has great p ractical val ue ,it can save much ti me and co st .K ey w or ds :microwave fil t er s ;coaxial re sonat or ;coupli ng apert ure ;HF SS EEACC :1320基于HFSS 设计同轴腔滤波器刘鹏宇1,2,张玉虎2,沈海根1(1.上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;2.上海航天测控通信研究所,上海200086)收稿日期622作者简介刘鹏宇(82),男,工作于上海航天测控通信研究所,工程师,主要研究方向为射频与微波电路设计,y _@63;摘 要:同轴腔滤波器在微波电路中有着广泛的应用,在此研究如何利用3D 全波场分析软件HFSS 分析设计同轴腔滤波器.该分析包括谐振腔调谐螺钉、腔间耦合孔及输入输出激励的影响效应.基于上述分析,借助HFSS 仿真优化得到一S 波段滤波器.其实测结果与仿真相符,满足指标要求,并已成功应用于某航天工程中.这种结合传统理论和先进计算机技术的方法可以大大节省研制周期和生产成本,具有非常大的实用价值.关键词:微波滤波器;同轴谐振腔;耦合孔;HFSS 中图分类号:TN 713 文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)022******* 传统的微波滤波器设计方法已经非常成熟,但其中一些参数需要反复试验来获得.这势必要增加产品的设计周期,对于当前研制周期紧、产品数量大的要求是一个制约.利用仿真工具进行辅助设计成为目前一种非常有效的解决途径.本文即介绍如何借助H FSS 设计同轴腔滤波器.1 HFSS 简介HFSS 是ANSOF T 公司开发的一个基于物理原型的EDA 设计软件.使用HF SS 建立结构模型进行3D 全波场分析,可以计算.①基本电磁场数值解和开边界问题,近远场辐射问题;②端口特征阻抗和传输常数;③S 参数和相应端口阻抗的归一化S 参数;④结构的本征模或谐振解.依靠其对电磁场精确分析的性能,使用户能够方便快速地建立产品虚拟样机,以便在物理样机制造之前,准确有效地把握产品特性,被广泛应用于射频和微波器件、天线和馈源、高速IC 芯片等产品设计中.H FSS 有本征模解(Eige nmode Solution)和激励解(Dri ven Sol ution )两种求解方式.选择Ei gen 2mode Solution 用于计算某一结构的谐振频率以及:2000417:197pe ng u liu 谐振频率点的场值和腔的空载Q0值.选择Dri ve n Sol ut ion用于计算无源高频结构的S参数和特性端口阻抗、传播常数等.本课题的研究中,将用到本征模解求解单同轴腔特性和腔间耦合系数;激励解求解有载品质因数Q L值和滤波器响应特性.2 同轴腔滤波器工作原理及设计2.1 工作原理同轴腔滤波器主要用于米波、分米波段.传输TEM模,无色散、场结构简单稳定、空载品质因数高[1].其基本结构由谐振腔、腔间耦合、输入输出激励组成,如图1所示即为一个三腔同轴滤波器.输入信号通过闭合圆环耦合到谐振腔中产生谐振,能量在谐振腔之间由耦合孔进行逐级耦合,再经图1 三腔同轴滤波器结构模型(a=3.25mm,b=9mm,l=29mm,l1=l2=14mm)过输出端的闭合圆环耦合输出.各腔均工作在同一谐振频率附近,只有该谐振频率附近的电磁波有效传输,形成一带通滤波器.2.2 集总参数网络设计下面以S波段滤波器设计为例,主要技术指标见表1.表1 滤波器技术指标技术参数工作频率f0插入损耗L A带宽(4f3dB)通带波动L Ar阻带抑制L As(f0±15M Hz)输入输出阻抗Zo指标要求 2.0~2.15GHz≤2dB≥8M Hz≤±0.3dB≥25dB50Ω 利用网络综合法[2],选取切比雪夫函数作为逼近函数,查表或计算[3]确定滤波器阶数n=3,对应的低通原型参数:g0=g4=1,g1=g3=1.0316,g2=1.1474,由此得到腔间耦合系数K ij和外部品质因数Q L.K ij=bwg i g j=0.0036(i=1,j=2;i=2,j=3)(1)Q L=g1bw=266.3(2)2.3 微波结构设计2.3.1 同轴腔为减小体积和便于安装,本滤波器采用内圆外方的1/4λ缩短电容同轴腔结构.依据谐振腔结构尺寸参数选取三个原则[1]:①避免高次模,(a+b)≤λmin/π;②满足功率容量,b/a=1.65时功率容量最大;③损耗要小,b/a=3.6时Q0值最高,损耗最小.b/a一般选择在2.0~3.6之间.在此选取内导体半径a=3.25mm,外导体内半径b=9m m.内导体长度l、调谐螺钉最大调谐距离t的设计既要考虑能够满足所需的调谐范围,同时还要考虑到内导体缩短会降低Q0值[4]的因素,一般选择内导体长度为1/4λ的65%以上,在此选取l=29mm,t=3mm.谐振腔的调谐范围将通过HFSS进行仿真验算.2.3.2 耦合考虑到本滤波器属于窄带滤波器,腔间耦合[5]采用圆孔实现,输入输出耦合采用闭合半圆环实现耦合圆孔、半圆环需要确定的参数是中心位置和半径大小.滤波器带宽基本上由级间耦合决定.设计一个在某个频率范围内可调谐的滤波器时,若要保持固定的带宽,则必须控制带宽对频率的敏感性,即要保持d(Δf)/d f=0.Cohn[6]研究得出,当耦合孔中心离腔短路端距离l1在中心频率电长度36°附近时,耦合带宽最大且随频率变化缓慢.则取l1=14mm.半圆环的几何位置通常与耦合孔保持一致,所以也取l2=14mm.关于耦合孔径的大小,下面通过HFSS仿真腔间耦合系数K ij和外部品质因数Q L获取.3 HFSS仿真分析3.1 单谐振腔仿真根据选定的结构尺寸(a=3.25mm,b=9mm, l=29m m),在H FSS中对单谐振腔建模(图2),不需要加载激励,进行Ei genmode分析,获取在不同间距t的加载电容下对应的谐振频率.仿真结果(图3)得出,当t在0.25~3mm之间调整,对应谐振频率范围在1619~2171MH z之间变化,可以满足要求.图 单谐振腔模型 图3 谐振频率与加载电容关系3 腔间耦合系数K j仿真腔间耦合的电性能用耦合系数K j表示当两134第2期刘鹏宇,张玉虎等:基于HF SS设计同轴腔滤波器.2.2ii.个相邻的谐振腔耦合在一起、并且对源和负载具有非常小的耦合时,K ij与相邻腔谐振频率f1、f2存在如下关系[7]:K12=2(f2-f1)/(f2+f1)(3)因此,对两个相邻谐振腔在不接源和负载(图4)情况下进行Ei genmode分析(mode s=2),得到在不同圆孔半径下对应的谐振频率f1、f2,从而绘制出对应的腔间耦合系数曲线(图5).结果表明耦合孔越大,耦合越强.图4 腔间耦合系数仿真模型图5 耦合圆孔与耦合系数关系3.3 有载品质因数Q L仿真当单个谐振腔耦合源和负载时,有载品质因数Q L与谐振频率f o及3dB带宽Δf3d B存在如下关系[7]:Q L=f o/Δf3dB(4)建立模型对单谐振腔加载源和负载(图6),进图6 有载品质因数 图7 耦合圆环与有载品质仿真模型因数关系行Drive n Termi nal分析,得到在不同耦合圆环半径下对应的有载品质因数Q L曲线(图7).耦合环越大,耦合越强,Q L值越低. 根据公式(1)、(2)中计算结果,对照以上仿真分析图表,即可选取适当的结构参数,在HFSS中完成整个滤波器的建模(图1),经过进一步优化,获取理想的特性曲线,确定最终的结构尺寸:r_apert ure =3.18m m,r_loop=2.6mm.4 实测结果与分析综合上述设计及优化结果,并考虑到为实物调试时留有一定的调整余量,耦合孔和耦合环半径均取的略小一些,确定最终的加工尺寸见表2.表2 同轴腔滤波器结构加工尺寸结构参数a b l t l1l2r_loop r_apert ur e 尺寸/mm3.2592931414 2.53 按照表2结构尺寸机械加工,进行适当的谐振频率和耦合调整,获得了满意的特性曲线(图8),达到技术指标要求(表3).结果表明,插入损耗、带外抑制实测结果比与仿真结果要差一些.这是可以理解的,因为HFSS仿真是在理想边界条件下进行的,而滤波器实物是由三个单谐振腔和输入输出端口组合在一起的,难免会有一些缝隙,还有腔体内部镀银表面不光滑,这些都会引入损耗[8],导致Q0值降低,使得插损、带外抑制指标略有变差.图8 实测(粗线)与仿真(细线)滤波器响应表3 滤波器测试数据技术参数工作频率f0插入损耗L A带宽(Δf3dB)通带波动L Ar阻带抑制L As(f0±15M Hz)驻波比指标要求 2.065GHz 1.75dB8.5M Hz0.15d B33.6dB 1.345 结束语本文利用ANSOF T HF SS仿真软件对同轴腔滤波器中的谐振腔、腔间耦合及输入输出激励进行了优化设计,确定了滤波器实际结构尺寸,测试结果与仿真一致.该方法可以有效并准确地替代传统试验方法,也可以应用在其它的微波滤波器设计中.参考文献:[] 廖承恩,陈达章微波技术基础[M]北京国防工业出版社, [] 甘本,吴万春现代微波滤波器的结构与设计[M]北京科学技术出版社,3[3] Hong Jia2Sheng.Microst rip Filters for RF/Microwave Applications,nc aster C opyright c2001John W ill y&S o ns,Inc.pp.29261. [4] K urzrok R.M.Des i gn of C omb2Li ne Band2P ass Fi l ters(C orrespon2dence)[J].Trans actions on Microwave Theory and T echniques,J ul.1966,T2MTT214(7):3512353.[5] 姚毅,黄尚锐.调谐滤波器的腔间耦合结构研究[J].微波学报,1994(1):16222.[6] Kurzrok R M.Des ign of Int ers tate C oupl i ng Apert ures for Narrow2Band T unabl e C oaxial F ilt ers[J].(C orres pondence)IRE T rans.on Mi2 crowave’Theory and T echniques,March,1961,MTT210:1432144. [] R W R,F F D S [M]M G2,I,5[8] 高葆新波导带通滤波器的设计[]国外电子测量技术,()323234电 子 器 件第30卷1..:1979.2..:197.7andall.hea H ilt er esi gn and C o mp ut er im ul at ion .c raw Hil l nc.199..J.2001 1:47.。
带通滤波器的设计报告设计报告:带通滤波器一、引言:二、设计原理:带通滤波器的工作原理是只允许特定频率范围的信号通过滤波器。
其设计的关键在于确定带通滤波器的中心频率和带宽。
常见的带通滤波器包括主动滤波器和被动滤波器,其中主动滤波器采用放大器和运算放大器等主动元件工作,而被动滤波器则主要由电容器和电感器等被动元件组成。
三、设计步骤:1.确定滤波器的中心频率和带宽:根据实际需求,选择需要通过的频率范围,然后计算出滤波器的中心频率和带宽。
2.选择滤波器的类型:根据设计要求,选择适合的滤波器类型,如二阶巴特沃斯滤波器、椭圆滤波器等。
3.计算滤波器的参数:根据选择的滤波器类型,计算出所需的电阻、电容和电感等参数数值。
4.组装滤波器电路:根据计算结果,组装相应的电路,包括放大器、电容和电感等元件,构成带通滤波器。
5.进行实验验证:使用信号发生器提供输入信号,通过示波器观察滤波器的输出情况,验证滤波器的设计效果。
四、实现过程中的问题及解决方案:1.参数计算问题:参数计算是滤波器设计中的重要步骤,对滤波器性能有直接影响。
解决方法是通过查阅资料或使用相关软件进行计算,同时根据实际需求进行调整。
2.元件选型问题:选择适合的电容器和电感器等元件也是滤波器设计中的关键步骤。
解决方法是根据设计要求选择合适的元件,考虑其额定参数和价格等因素。
3.实验验证问题:在实验过程中可能会遇到输出信号不稳定、频率失真等问题。
解决方法是检查电路连接是否正确,调整电源参数和放大器增益等,确保滤波器正常工作。
五、总结:通过本次带通滤波器的设计过程,我们深入了解了带通滤波器的原理和设计步骤。
在实践中遇到的问题都得到了解决,并且通过实验验证了滤波器的设计效果。
带通滤波器在电子电路设计中具有广泛的应用,本设计报告对于滤波器设计感兴趣的读者将会提供有用的参考和指导。
2012 届本科毕业设计(论文)文献综述
题目基于HFSS的带通滤波器设计
学院物理与电子工程学院
年级08 专业电子信息工程
班级 2 学号*********
姓名刘建
指导教师施阳职称
基于HFSS 带通滤波器设计文献综述
1引言
我们知道,当一定复杂程度的信号通过几乎任何电子系统时,它都需要经过某种滤波电路进行滤波。
一般在一个实际应用的电子系统中,因输入信号往往因受干扰等原因而带有其它一些不需要的频率信号,就必须使用滤波电路将它衰减到足够小的程度。
滤波电路是一种可通过或阻止某种频率信号的电路,其功能就是让指定频段的信号能顺利地通过,而对其它频段的信号起到衰减作用。
它分为两种:无源和有源滤波电路。
无源滤波电路是由无源器件(电阻、电容和电感)组成,性能较差有源滤波电路是由集成运算放大器和RC 等网络构成,具有几个主要优点:体积小,重量轻;电路的输入和输出之间具有良好的隔离;除了起滤波作用外,还可放大输入信号,且容易调节放大倍数等。
BPF 主要用来截取突出有用频段的信号,削弱其余频段的信号或干扰和噪声,以提高信噪比。
2 设计原理
2.1 带通滤波器工作原理及HFSS 简介
带通滤波器中作原理
一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带,例如在通带内没有增益或者衰减,并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉,另外,通带外的转换在极小的频率范围完成。
实际上,并不存在理想的带通滤波器。
滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉,尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。
这通常称为滤波器的滚降现象,并且使用每十倍频的衰减幅度dB 来表示。
通常,滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好,这样滤波器的性能就与设计更加接近。
然而,随着滚降范围越来越小,通带就变得不再平坦—开始出现“波纹”。
这种现象在通带的边缘处尤其明显,这种效应称为吉布斯现象。
在频带较低的剪切频率1f 和较高的剪切频率2f 之间是共振频率,这里滤波器的增益最大,滤波器的带宽就是2f 和1f 之间的差值。
HFSS 简介
HFSS 是ANSOF T 公司开发的一个基于物理原型的EDA 设计软件. 使用HFSS 建立结构模进行3D 全波场分析,可以计算.①基本电磁场数值解和开边界问题,近远场辐射问题; ②端口特征阻抗和传输常数; ③ S 参数和相应端口阻抗的归一化S 参数; ④结构的本征模或谐振解.依靠其对电磁场精确分析的性能,使用户能够方便快速地建立产品虚拟样机.
2.2 利用HFSS设计滤波器方法
2.2.1HFSS的交指型滤波器设计与仿真
终端开路式交指型滤波器的设计结构图如下
图为交指型滤波器示意图
其结构是在两个平行接地板间放入两个交叉的矩形杆平行耦合线阵,每个矩形端一端短路,一端开路,长约λ0/4,载TEM模。
利用滤波器的设计公式求出滤波器所需的归一线电容后,再利用滤波器设计图表,在指定b (谐振腔的宽度)和t (谐振器的宽度)后,就可以算出每个谐振线与地的归一单位长自电容和相邻谐振线间的归一单位长互电容。
2.2.2HFSS设计同轴腔调谐滤波器
总体设计上利用网络综合法,选取切比雪夫函数作为逼近函数,切比雪夫响应函数.同轴腔的结构为方形内导体为圆形,并通过在腔内表面镀银来减小损耗增加Qe值.保证微博滤波器的调谐范围及其在调谐范围内通带宽度基本不变,采用矩形孔作为调谐滤波器的耦合结构.再将上诉的滤波器结构综合起来,在HFSS中建立整个滤波器模型进行仿真优化.
2.2.3HFSS设计40MHz腔体滤波器
(1)通过HFSS单腔模型仿真来确定谐振腔、加载情况,使得单腔体本征摸频率在所需值附近(2)通过HFSS双腔模型仿真来确定腔间耦合结构的形状和尺寸(3)通过HFSS单腔加激励端口确定输入输出耦合形式和大小(4)综上,建立整体模型,并进行优化仿真,得到最终设计.
2.2.4HFSS分析Ka波段慢波微带带通滤波器
滤波器设计
下图是滤波器的结构和尺寸,及其谐振单元
图为慢波效应带通滤波器结构和尺寸(单位:mm ) 图为滤波器的谐振单元
HFSS 仿真设计
在HFSS 中建立一个微带波滤波器的三维模型:
(1)建立HFSS 模型(2)定义端口﹑边界条件(3)分析扫描设置
3 带通滤波电路(BPF)的性能分析及其他相关知识
BPF 的频率响应特性示意图如下所示。
根据特性,可定性给出一个二阶带通滤波器的传递函数.如下:
()13221++=s k s k s k S A ω
上式中321k k k 、、均与R 、C 相关联
幅频特性
相频特性。