微波滤波器的设计

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。

微波滤波器设计实例微波滤波器是一种用于滤除不想要的信号和频带，并保留所需信号和频带的电路或设备。

在微波通信、雷达系统、无线电频率干扰以及其他微波应用中，滤波器扮演着至关重要的角色。

本文将通过设计一个简单的微波低通滤波器来介绍微波滤波器设计的一般过程。

首先，我们需要确定设计要求和规格。

对于一个低通滤波器来说，首要任务是能够将所需信号频带内的信号通过，而将其他频带的信号滤除。

通常，我们需要指定滤波器的截止频率、带宽和衰减等参数。

在本例中，我们设定截止频率为2GHz，带宽为500MHz，衰减为20dB。

接下来，我们可以根据设计要求选择合适的滤波器拓扑结构。

常见的微波滤波器拓扑包括LC电路、谐振腔、微带滤波器、耦合线滤波器等。

在本例中，我们选择微带滤波器结构。

然后，我们可以使用滤波器设计软件进行滤波器设计。

滤波器设计软件可以帮助我们进行电路参数计算、滤波器响应仿真和优化等。

输入设计要求后，软件将生成滤波器的电路图和参数。

接下来，我们可以开始进行滤波器的电路实现。

首先，我们需要选择合适的材料和尺寸来制作微带线。

微带线是滤波器中的关键部分，决定了滤波器的性能。

根据设计要求和所选材料，可以使用标准的微带线设计公式来计算线宽和长度。

然后，我们根据滤波器电路图，将微带线和其他元件进行布置。

在布局过程中，需要保证微带线的尺寸和布线方式满足设计要求，并尽量减少布线长度和损耗。

完成布局后，我们可以进行滤波器的制作和组装。

选择合适的PCB材料，并通过PCB制程将滤波器电路图印制在PCB上。

然后，将必要的元件（如电感器、电容器等）焊接到PCB上，并加以调试和测试。

最后，我们可以使用网络分析仪等仪器对滤波器进行测试和性能评估。

通过测量滤波器的插入损耗、衰减和频率响应等参数，我们可以确认滤波器是否达到设计要求。

通过以上的设计流程，我们可以设计和制作出一个满足要求的微波低通滤波器。

当然，这只是一个简单的例子，实际的微波滤波器设计可能更加复杂和精细。

•引言•微波滤波器基本原理•ADS 软件在微波滤波器设计中的应用•微波滤波器制作工艺流程•调试技巧与常见问题解决方案•实验案例分析与讨论•总结与展望目录01引言微波滤波器概述微波滤波器是一种用于控制微波频率响应的二端口网络，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。

微波滤波器的主要功能是允许特定频率范围内的信号通过，同时抑制其他频率范围的信号，从而实现信号的选频和滤波。

微波滤波器的性能指标包括插入损耗、带宽、带内波动、带外抑制等，这些指标直接影响着通信系统的性能。

设计制作与调试重要性设计是微波滤波器制作的首要环节，良好的设计能够确保滤波器的性能指标满足系统要求。

制作是将设计转化为实物的过程，制作精度和质量直接影响着滤波器的最终性能。

调试是对制作完成的滤波器进行性能调整和优化，使其达到最佳工作状态的过程。

本教程旨在介绍微波滤波器的设计、制作与调试过程，帮助读者掌握相关知识和技能。

教程内容包括微波滤波器的基本原理、设计方法、制作流程和调试技巧等。

通过本教程的学习，读者将能够独立完成微波滤波器的设计、制作与调试，为实际工程应用打下基础。

教程目的和内容02微波滤波器基本原理低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器微波滤波器分类工作原理及性能指标工作原理性能指标常见类型微波滤波器特点集总参数滤波器分布参数滤波器陶瓷滤波器晶体滤波器03ADS软件在微波滤波器设计中的应用ADS软件简介及功能模块ADS（Advanced Design System）是一款领先的电子设计自动化软件，广泛应用于微波、射频和高速数字电路的设计、仿真与优化。

ADS软件包含多个功能模块，如原理图设计、版图设计、电磁仿真、系统级仿真等，可满足不同设计阶段的需求。

ADS软件支持多种微波滤波器类型的设计，如低通、高通、带通、带阻等，具有强大的设计能力和灵活性。

微波滤波器设计流程确定滤波器类型和性能指标根据实际需求选择合适的滤波器类型，并确定滤波器的性能指标，如中心频率、带宽、插入损耗、带外抑制等。

微波滤波器设计培训教程一、引言微波滤波器是微波通信系统、雷达系统、电子对抗系统等领域中不可或缺的组成部分。

随着现代通信技术的快速发展，微波滤波器的设计和应用日益受到重视。

本教程旨在为从事微波滤波器设计的工程师和技术人员提供系统的培训，帮助学员掌握微波滤波器的基本原理、设计方法和实际应用。

二、微波滤波器的基本原理1.滤波器的定义与分类滤波器是一种选频元件，用于从输入信号中选出特定频率范围内的信号，抑制其他频率的信号。

根据滤波特性，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。

2.微波滤波器的原理微波滤波器利用微波电路的传输特性，实现对特定频率范围内信号的传输或抑制。

其主要原理包括谐振、耦合和阻抗匹配等。

三、微波滤波器的设计方法1.谐振器设计谐振器是微波滤波器的核心部分，用于实现信号的谐振。

谐振器的设计包括谐振频率、品质因数和耦合系数等参数的确定。

常用的谐振器有微带谐振器、介质谐振器和谐振腔等。

2.耦合系数设计耦合系数是描述谐振器之间相互作用的参数，它决定了滤波器的带宽和带外抑制。

耦合系数的设计包括相邻谐振器间的耦合和级联谐振器间的耦合。

3.阻抗匹配设计阻抗匹配是确保微波滤波器在输入和输出端口与外部电路阻抗匹配的过程。

阻抗匹配设计包括传输线匹配、阻抗变换器设计和反射系数优化等。

四、微波滤波器的实际应用1.微波滤波器的应用领域微波滤波器广泛应用于通信系统、雷达系统、电子对抗系统、导航系统等领域。

其主要功能是实现信号的滤波、放大、混频等。

2.微波滤波器的选型与调试根据实际应用需求，选择合适的微波滤波器类型和参数。

在调试过程中，通过调整谐振器、耦合系数和阻抗匹配等参数，实现对滤波器性能的优化。

五、总结本教程系统地介绍了微波滤波器的设计原理、方法和实际应用。

通过学习本教程，学员可以掌握微波滤波器的设计要点，提高实际工程应用能力。

希望本教程能为我国微波滤波器技术的发展做出贡献。

微波滤波器的设计方法1.谐振器设计选择谐振器类型：根据应用需求和频率范围，选择合适的谐振器类型，如微带谐振器、介质谐振器和谐振腔等。

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。

微带滤波器的设计（ADS ）原理这次设计的滤波器主要是针对前面设计的天线而来的，即要实现最后的级联。

所以有必 要阐述一下上次设计的天线的具体规格：上次设计的天线是在 2.5GHz 附近工作,而我在这里设计的滤波器目的是针对移动通信设计，所要求带宽较窄，令带宽在50MHz 左右，符合天线能提供的范围。

滤波器使用的基板参数还是εr= 9.8, h=1.27mm ，此时基板上的50ohm 阻抗传输线的宽大概为1.22mm 。

滤波器主要设计要求如下： 中心频率G0=2.5GHz带宽=50MHz~70MHz （计算按50MHz ） 在2.55GHz 上衰减达到25dB这里设计的滤波器为边缘耦合平行耦合线带通滤波器设计图如下：计算主要参数1、由低通到带通频率的变换这里W 为相对带宽， 01212122f f f f f f f W −=+−==0.02 得到'1ωω′＝2，如果采用切比雪夫原型，查表得到此滤波器为n=4级。

纹波系数为0.01dB 的切比雪夫原型的元件数值分别为：g0=1;g1=0.7168;g2=1.2003;g3=1.3212;g4=0.6476;g5=1.1007;'1ω＝1 并且为了简单起见，采用对称耦合的末段。

2、 ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=2121W πθ=1.5551=ο1.89； 1tan 21θτ==31.828； 计算各个G 参数如下：7168.0111×=G =1.1811；1007.16476.015×=G =1.1844；2003.17168.012×=G =1.0781；3212.12003.113×=G =0.7941；6476.03212.114×=G =1.0811；当滤波器采用对称耦合结构[]121−+=τG h =0.0301; ()()1511111==A A ;()()1811.10301.0512112×==A A =0.2049; ()()1522122==A A ; ()()()828.310301.0411311211×===A A A =0.9580; ()()ο1.89sin 0800.10301.0412212×==A A =0.0325; ()ο1.89sin 7941.00301.0312×=A =0.0239;3、于是阻抗矩阵元素和偶、奇模阻抗为： ()()()()1522122511111====Z Z Z Z ； ()()2049.0512112==Z Z ； ()()()9580.0411311211===Z Z Z ； ()()0325.0412212==Z Z ；()0239.0312=Z ；各耦合段的偶、奇模阻抗耦合段编号 1 2 3 4 5 归一值 1.2049 0.9905 0.9819 0.9905 1.2049 偶模阻抗Z 0e 实际值 60.245欧49.525欧49.095欧49.525欧 60.245欧归一值 0.7951 0.9255 0.9341 0.9255 0.7951偶模阻抗Z 0o实际值 39.755欧46.275欧46.705欧46.275欧 39.755欧这里使用ADS 自带的耦合微带传输线计算器来计算各个尺寸。

微波滤波器的设计一、设计要求利用微带电路实现低通滤波器，其设计指标如下： 截止频率： GHz f 0.3211==πω，即通带为0~3.0GHz.; 通带衰减：等于或小于0.5分贝;阻带衰减: 当频率大约为截止频率的两倍时损耗不小于40dB; 接端条件:两端均为Ω50的微带线.介质基片参数：采用6.9=r ε，厚度mm h 1=的陶瓷基片。

二、设计步骤步骤1：根据《射频电路设计——理论语应用》的图5.22，滤波器的阶数必须为5，其他参数为：517058.1g g ==,422296.1g g ==,5408.23=g ,0.16=g归一化低通滤波器如图1所示。

图1步骤2： 用图2中开路、短路的并联、串联微带线替换图1中的电感和电容。

只需直接应用Richards 变换即可得到微带线的特性阻抗和特性导纳为：151g Y Y ==, 33g Y =, 842g Z Z ==图2步骤3：为了在信号端和负载端达到匹配并使滤波器容易实现，需要引入单元元件以便能够应用第一和第二个Kuroda规则将所有串联线段变为并联线段。

首先，在滤波器的输入、输出端口引入两个单位元件，如图3所示。

图3图4因为单位元件与信号源及负载的阻抗都是匹配的，所以引入它们并不影响滤波器的特性。

对第一个并联合最后一个并联断线应用Kurada 则后的结果如图 4所示。

因为这个电路中有四个串联短线，所以仍然无法实现。

如果要把它们变换成并联形式，还必须再配置两个单位元件，如图5所示。

图5同样，因为单位元件与信号源及负载的阻抗相匹配，所以映入它们并不影响滤波器的特性。

对图5所示电路应用Kuroda 规则，则可得到如图6所示的，真正能够实现的滤波器的最终实现结果。

图6步骤4：反归一化过程包括了将单位元件的输入、输出阻抗变成50Ω的比例变换以及计算短线的长度。

短线长度： mm f c f v l r p 034.48/)8/(8/000====ελ微带所对应的阻抗值:Z 1=Z 5=129.3,Z UE3=Z UE4=81.5,Z 2=Z 4=24,Z UE1=Z UE2=80,Z 3=19.7 当我们假定已成形的线路导体的厚度t 与基片厚度h 相比可以忽略（t/h<0.005），微带线的宽度可以由以下的公式得出：对于窄的微带线w/h<1时，我们得到特性阻抗：)48ln(20hww h Z Z efff +=επ 其中Ω==8.376/00εμf Z 是在自由空间的波阻抗，eff ε是由下式给出的有效介电常数：])1(04.0)121[(21212hww h r r eff -++-++=εεε 对于宽线w/h>1,我们必须采用不同的特性阻抗表达式： ))444.1ln(32393.1(0+++=h wh w Z Z efffε和 2/1)121(2121-+-++=whr r eff εεε要求得w/h 值，我们可以对上面的式子编程求解。

微波滤波器的设计与优化微波滤波器是一种用于调节和控制高频电路中信号的滤波器，滤波器的设计和优化必须满足一定的参数和要求，以达到滤波效果最优。

1. 微波滤波器的分类微波滤波器通常可以分为低通、高通、带通和带阻四种类型，根据不同的频段和应用需求，可以选择不同类型的滤波器。

低通滤波器被用于在微波部分频段内，过滤高频信号中低频分量，以免对目标系统产生干扰或影响其性能。

高通滤波器则通常被用于滤除低频信号分量，以保证高频信号的稳定性和质量。

带通滤波器在特定的频段内传输信号，以防止其他频率的信号干扰到目标系统信号。

带阻滤波器滤掉指定的频率范围的信号，不让其进入到信号传输链路中，以防止特定频率的干扰。

2. 微波滤波器的设计滤波器的设计过程一般包括从数据收集到公式推导，最终到模型建立和分析滤波器性能四个步骤。

2.1 数据收集首先需要从源头获取所需的指标数据，包括通带、阻带、各种下降和纳匝带等参数数据，通常需要通过实验或模拟获得，并针对不同的实际应用来收集。

2.2 公式推导根据收集到的数据，可以利用各种数学公式和原理推导得出需要设计的滤波器的基本参数，例如输入和输出的阻抗，通带和阻带的范围大小和信号传输的损耗等。

2.3 模型建立在滤波器设计基础参数的基础上，需要建立合理而有效的数学模型，以便实现滤波器的功能，并保证其性能。

在模型建立的过程中，需要使用多种仿真方法及实验测试，以验证所使用的模型的正确性和有效性，同时应根据实际应用的要求优化模型的构造和参数。

2.4 分析滤波器性能设计滤波器后，必须对其性能进行分析，包括在设计所考虑的频段内滤波的有效性和效率，以及其他诸如阻带的幅度和下降，抽头损耗等性能方面的表现。

通过对微波滤波器的性能分析，可以不断优化滤波器的设计方案，达到更优的参数和性能表现。

3. 微波滤波器的优化微波滤波器的优化可以在不影响其基本参数和性能的前提下，通过优化构造和管路布局等设计方案，提高滤波器性能和效率。

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。

通信系统微波滤波器——基础、设计与应用微波滤波器是通信系统中起到关键作用的组件之一，用于实现对不同频率信号的分离和滤除。

下面将介绍微波滤波器的基础知识、设计原理以及在通信系统中的应用。

1. 基础知识：微波滤波器是一种能够在微波频段（300 MHz至300 GHz）内滤除或选择特定频率的设备。

它的主要作用是通过滤除或衰减不需要的频段，使有效信号传输更加稳定和可靠。

常见的微波滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

2. 设计原理：微波滤波器的设计需要考虑频率响应、插入损耗、抑制带宽和群延迟等参数。

设计过程中的关键是选择合适的滤波器拓扑结构、参数和设计技术。

常见的设计方法包括传输线法、谐振腔法、微带线法和分布式元件法等。

此外，优化设计和仿真软件也起到重要的辅助作用，例如ADS、HFSS和CST等。

3. 应用：微波滤波器广泛应用于各种通信系统中，包括卫星通信、射频通信、移动通信和雷达系统等。

在卫星通信中，滤波器用于分离出天线接收到的有效信号，并滤除干扰和噪音。

在射频通信中，滤波器用于频分多址（FDMA）和频分复用（FDM）等信号的分离和选择。

在移动通信中，滤波器用于通信信号的整形和频率选择。

在雷达系统中，滤波器用于滤除回波和混频干扰。

微波滤波器在通信系统中的应用要求其具备稳定性、高性能和可靠性。

因此，在设计和制造过程中，需要严格控制工艺和材料选择，以确保滤波器的性能和可靠性达到要求。

总而言之，微波滤波器是通信系统中实现信号分离和滤除的关键组件。

了解微波滤波器的基础知识和设计原理，能够指导设计师在实际应用中选择合适的滤波器类型和设计方法。

同时，掌握优化设计和仿真软件的使用，能够提高设计效率和性能。

微波滤波器在通信系统中的广泛应用说明其在通信技术发展中的重要地位。

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E g，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）。