hfss腔体滤波器设计实例

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。

X波段腔体带通滤波器的设计与实现夏丹;李光灿;杜勇【摘要】In this paper, the coupling coefficient technique is adopted to design a cavity band-pass filter of three different center frequencies in X-band, which has a relatively high center frequency and ten cavities. The filter is simulated with HFSS. And then the time domain debugging method is used to debug the filter. The design method can shorten product manufacturing cycle. The test results show that all filters have the advantages of low insertion loss in band and high rejection out of hand.%通过耦合系数法设计滤波器,并通过HFSS进行精确仿真,采用时域调试法完成调试,大大缩短了研制周期,实现了X波段内三个不同中心频率的腔体带通滤波器,具有相对较高的中心频率且腔数多达10.经测试表明,所有滤波器均具有较低的通带插入损耗和较高的带外抑制.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)013【总页数】3页(P173-175)【关键词】X波段;带通滤波器;耦合系数法;时域调试法【作者】夏丹;李光灿;杜勇【作者单位】贵州航天计量测试技术研究所,贵州贵阳 550009;贵州航天计量测试技术研究所,贵州贵阳 550009;贵州航天计量测试技术研究所,贵州贵阳 550009【正文语种】中文【中图分类】TN954-340 引言在X波段雷达目标模拟器、信号源系统中，需要使用带通滤波器来抑制杂散和分离信号，要求滤波器具有体积小、低插损、高带外抑制的性能特点。

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)(－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。

腔体滤波器设计报告学生姓名：彭聪学号：201222040413单位：物理电子学院时间:2013年5月28日一、技术指标：频率范围：1710~1880MHz；带内插损：≤0.8dB带外抑制：@960MHZ>80dB@2200MHz>80dB带内波动：≤0.6dB端口阻抗：50ohm二、理论分析微波滤波器被广泛的应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星通信、导弹制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的重要器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。

1、微波滤波器分类2、微波滤波器一些理论（1）Q 值与谐振微波滤波器是由谐振回路以某种方式排列再通过耦合结构把这些谐振回路组合在一起构成的。

不同的谐振回路，谐振频率的范围和Q 值差别很大。

因此，不同结构的滤波器适合不同的工作频率和带寛。

LC 滤波器、声表面波/体声波滤波器、螺旋滤波器、梳状滤波器的工作频率比较低。

介质滤波器、波导滤波器工作频率比较高。

谐振回路Q 值高、滤波器工作带寛可以做的比较窄。

（2）滤波器的性能指标a.频率范围21ωω−和带宽bw ：对于带通和带阻滤波器而言，也指衰减加大到某一确定值时的频率范围，如11121dB dB dB BW f f =−称为1dB 通带带宽或1dB 阻带带宽。

带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨率。

b.插入损耗：插入损耗即描述了通带内的功率损耗大小。

其表达式为：22110log10log L inP IL S P =−=−c.回波损耗（Reflection Loss 缩写RL ）：回波损耗是描述滤波器性能的一个敏感参数，同时回波损耗（RL ）、驻波系数（VSWR ）和反射系数（Γ）三个参数是相关的，通常用来表征滤波器反射特性。

回波损耗的公式定义以及三者之间的关系为：22110log10log(10log()1R in P VSWR RL P VSWR −=−=−=−Γ+d.带外抑制（Rejection 缩写RJ ）：在给定的频率下，带外信号的插入损耗大于最小带内信号的插入损耗的数值。

基于HFSS设计同轴腔滤波器
刘鹏宇;张玉虎;沈海根
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2007(030)002
【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.
【总页数】3页(P430-432)
【作者】刘鹏宇;张玉虎;沈海根
【作者单位】上海交通大学,电子信息与电气工程学院,上海,200240;上海航天测控通信研究所,上海,200086;上海航天测控通信研究所,上海,200086;上海交通大学,电子信息与电气工程学院,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】TN713
【相关文献】
1.基于HFSS的SIR同轴腔体窄带带阻滤波器设计 [J], 杨中婕;陈董
2.基于HFSS设计同轴腔调谐滤波器 [J], 贾建蕊;韩军
3.基于HFSS密度测量同轴谐振腔磁耦合环优化设计 [J], 姜宇;刘兴鹏;肖鸿;滕巍
4.基于HFSS的1800MHz同轴谐振微波介质滤波器的设计及仿真 [J], 付玉红;陈文文;闫瑞瑞;傅晶
5.基于遗传算法的同轴腔EMI滤波器的优化设计 [J], 王小军;邱扬;谢拥军;田锦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

HFSS谐振腔体实例分析
HFSS设计概述
HFSS设计步骤和设计流程
1.改名：工程名：Resonator；设计名：Cavity
2.修改模式：本征模求解模式
3.修改单位：mm
4.创建谐振腔模型4.1创建圆柱体
4.2修改属性：Cavity，0.8
4.3修改参数：顶点（0,0,0），H=15，r=15
5.设置边界条件：有限导体边界条件
6.添加求解设置项
7.设计检查
7.1有错误，查看之
7.2再检查
8.运行分析
9.查看谐振频率和品质因数
10.查看模式1的中心平面的电场和磁场的分布10.1创建中心平面：顶点：（0,0,7.5） 法线方向（0,0,1）
10.2查看电场分布
10.3查看磁场分布
11.查看模式1的YZ平面上的电场和磁场的分布11.1查看电场
11.2查看磁场
12.查看模式2的电场和磁场的分布12.1更改为模式2
12.2电场和磁场分布已经自动改变
13.隐藏电场和磁场分布
14.添加圆柱介电层
14.1创建圆柱
14.2修改属性：DielREs，Roger R03010
14.3修改参数：顶点（0,0,0），r=5，H=height（4mm）
15.添加参数扫描：0-15，步长：1mm
15.1分析
16.查看结果。

同轴腔体滤波器设计入门——无交叉耦合结构2009-05-14 21:44:47 阅读518 评论0 字号：大中小仿佛记得射频铁三角是功率、频率、和阻抗。

涉及射频电路设计，总是离不开这三个要素。

那么在滤波器的设计中最关键的因素是什么呢？答案是谐振和耦合。

无论什么样的滤波器，终归离不开谐振和耦合。

以通信系统中常见的同轴腔体带通滤波器为例，谐振就是单腔的谐振，对于对称结构而言，单腔的自耦合为零，换句话说，每一个腔体都谐振在该带通滤波器的中心频率上。

同轴腔体滤波器的单腔可以被看作是一个由同轴传输线和分布电容构成的并联谐振器。

那么很容易理解，在谐振频率的时候，并联谐振器的对地阻抗为无穷大，即满足Z0tan（Bd）=1/wC的条件。

此时，信号可以无衰减的从一个腔耦合到下一个腔。

什么又是耦合呢，耦合指的是谐振器之间电磁场的相互作用，耦合包括级间耦合和输入输出耦合。

对于无交叉耦合的结构来说，级间耦合仅仅包涵非相邻腔之间的耦合。

对于级间耦合，需要理解阻抗变换器的概念，我记得《现代微波滤波器的结构与设计》上有句话是这么描述的，一个理想的阻抗变换器，好像是工作在任意频率上的四分之一波长变换线一样。

换句话说，一个理想的级间耦合在任意频率上都是四分之一波长的。

并不依赖于频率而存在。

实际中的耦合当然不是这样，腔间主耦合常常是磁耦合，而交叉耦合滤波器有时会用到电耦合。

那么通过电路仿真会发现，电耦合和磁耦合对于带外抑制的影响是不同的。

腔间耦合为磁耦合时，阻带高端的抑制度会优于阻带低端。

而电耦合时，恰恰相反。

这是因为磁耦合和电耦合都是依赖于频率的，它们仅仅通带的在中心频率处可等效为四分之一波长线。

而带外则稍有差异。

造成了抑制度的差异。

那么腔间的耦合如何识别呢。

在HFSS中可以通过电磁场来判断腔间耦合。

磁耦合的情况下，在对称面上磁场是连续的，电耦合的情况下呢，对称面上电场是连续的。

这是一种很简单的方法适合初学者。

而对于一个有经验的设计者对于常用的耦合都非常熟悉，可以凭经验判断出耦合的方式。