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，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 丰j) o 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 1sjM 12 jM 13 jM 1, N 1 jM 1 N i 1 0 jM 12sjM 23jM2,N 1jM 2 Ni 2 0 jM 13jM 23sjM 3 ,N 1 jM 3ni 30 jM 1 ,N 1 jM 2, N 1 jM 3 ,N 1s jM N 1 , N i N 1 0jM 1 NjM 2 NjM 3NjM N 1,Ns R 2i Ne 1M121F1M2k1FMk,N 1.1F1,N1F1 1皿恢rMkN 'M 2,N 1或者写成矩阵方程的形式:E ZI (sU ° jM R)lR 1k1，N其中，s一般来讲，频率都归一成1，即0=1,则jM ij j M j j 0M ij其中E为电压矩阵，1为电流矩阵，Z为阻抗矩阵，Z sU o jM0 RU0是NX N阶单位矩阵。

M是耦合矩阵，它是一个NX N阶方阵，形式如下：0M 12M 13M 1, N 1M 1 NM 120M 23M 2,N 1M 2 NM 13M M 230M 3, N 1M 3 NM 1, N 1M 2, N 1M 3 , N 10M N 1, NM 1 N M 2 N M 3N M N 1, N0其中对角线上的兀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。

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：90 2 34 5 57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类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。

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。

微带交叉耦合滤波器的结构及设计
微带交叉耦合滤波器是一种金属剩余波段滤波器，可用于宽带信号过
滤和多波段分频。

它具有良好的带宽和相邻频段泄漏特性。

该过滤器
可以用于装备移动通信系统中信号分离和信号过滤的作用，能够提供
低阻抗和低损耗的优良特性，专业用于移动电话和交流通信领域。

沙坑式的微带交叉耦合滤波器由沙坑状的3D加减结构构成，是使用双阈值材料或多层次局部片加制成的微带结构。

该滤波器的阻尼相关特
性依赖于局部片的体积空间分布，其带宽与耦合系数有很大的相关性。

微带交叉耦合滤波器的设计参数有耦合率（CG）、匹配环节带宽（BW）、插入损耗（IL）、输出不平衡（IOI）、通带截止损耗
（C2L）、抑制条件（SC）等。

而在进行设计时，还需考虑其他一些
参数，例如材料的元件尺寸、表面贴装技术等。

微带交叉耦合滤波器设计要充分考虑以上参数，保证设计满足要求，
并保证设备质量，便于量产质量表现。

微带交叉耦合滤波器通常采用
物理设计与电子装配相结合的设计方案，进口物理设计，并采用平高
压双面玻璃板精确玻璃图解画出其形状，完成布线方案，至于电子装配，则需要采用品牌IC、品牌元件、抗干扰技术、高精度的装配技术，这样才能保证微带交叉耦合滤波器的品质和性能，并最大程度满足客
户的要求。

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。

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。

《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，其性能的优劣直接关系到系统的性能和可靠性。

其中，带通滤波器能够在一定的频率范围内实现信号的传递，同时在其他频率上阻止信号的通过。

在诸多类型的带通滤波器中，耦合带通滤波器因其在耦合路径上的特殊设计，具有优异的频率选择性和带外抑制能力。

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主要由电感、电容等元件构成，通过合理的电路布局和元件参数设计，实现特定频率范围内的信号传递。

其基本原理是利用电感、电容等元件的频率特性，对不同频率的信号进行阻隔或传递。

在耦合带通滤波器中，通过合理的耦合设计，使得信号在特定频率范围内得以传递，而在其他频率上被抑制。

三、耦合带通滤波器的设计1. 设计指标确定在设计耦合带通滤波器时，首先需要根据实际需求确定设计指标，如中心频率、带宽、插入损耗、回波损耗等。

这些指标将直接影响到滤波器的性能和成本。

2. 元件参数计算根据设计指标，计算所需的电感、电容等元件参数。

这一过程需要运用电磁场理论、电路理论等相关知识，结合仿真软件进行优化。

3. 电路布局设计在确定了元件参数后，需要进行电路布局设计。

这一过程需要考虑元件之间的耦合、布局的合理性、电路的稳定性等因素。

在布局设计中，需要运用电磁仿真软件进行仿真验证，以确保设计的可行性和性能。

四、耦合带通滤波器的仿真仿真是耦合带通滤波器设计的重要环节。

通过仿真，可以验证设计的可行性和性能，为后续的实物制作提供依据。

在仿真过程中，需要运用电磁仿真软件，建立滤波器的电路模型，输入设计指标和元件参数，进行仿真分析。

通过仿真结果，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，为后续的优化提供依据。

五、实物制作与测试在完成仿真后，需要根据仿真结果进行实物制作。

在制作过程中，需要严格按照设计图纸进行制作，确保元件的精度和布局的合理性。