SIW带通滤波器仿真设计

LC椭圆函数带通滤波器设计要求带通滤波器，在15kHz～ZOkHz的频率范围内，衰减最大变化1dB，低于14.06kHz和高于23kHz频率范围，最小衰减为50dB,Rs=RL=10kΩ。

③运行Filter Solutions程序。

点击“阻带频率”输人框，在“通带波纹（dB）”内输人0.18，在“通带频率”内输人1，在“阻带频率”内输人1.456，选中“频率单位－弧度”逻辑框。

在“源阻抗”和“负载阻抗”内输人1。

④点击“确定阶数”控制钮打开第二个面板。

在“阻带衰减（dB）”内输人50，点击“设置最小阶数”按钮并点击“关闭”，主控制面板上形式出“6阶”，选中“偶次阶模式”逻辑框。

⑤点击“电路”按钮。

Filter s。

lutions提供了两个电路图。

选择“无源滤波器1”，如图1（a）所示。

⑥这个滤波器必须变换为中心频率ω0=1的归一化带通滤波器。

带通滤波器的Q 值为：把所有的电感量和电容值都乘以Qbp°然后用电感并联每一个电容、用电容串联每一个电感使其谐振频率为ω0=1，该网络被变换为带通滤波器。

使用的谐振元仵是原元件值的倒数，如图1（b）所示。

⑦按照图1的方式转换Ⅱ型支路。

变换后的滤波器见图1（c）。

在原理图下标出了以rad/s为单位的谐振频率。

⑧用中心频率fo=17.32kHz和阻抗10kΩ对滤波器进行去归一化以完成设计。

将所有的电感乘以Z/FSF，所有的电容除以z×FSF，其中z=104，FSF=2πfe=1.0882×105。

最终的滤波器见图1（d）。

图1（c）中的归一化谐振频率直接乘以几何中心频率fo=17.32kHz即可得到谐振频率。

频率响应见图1（e）。

滤波器的主要参数滤波器的主要参数（Definitions) 中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的中心频率f 0 ，一般取f 0 =（f 1 +f 2 ）/2，f 1 、f 2 为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。

编号：100509054025本科毕业论文题目：带通滤波器的设计及其PSPICE仿真学院：物理与电子信息工程专业：电子信息工程年级： 10级姓名：杨胜军指导教师：孙丹丹完成日期： 2014年5月26日目录一滤波器设计基础原理 (3)1.1工作参数 (4)1.2归一化频率和归一化阻抗 (8)1.3梯形对偶网络 (10)1.4四类滤波器简介及其简单比较 (10)二带通滤波器的查表设计法 (12)2.1低通滤波器的查表设计法 (12)2.2带通滤波器的查表设计法 (16)2.3带通滤波器的参数计算 (21)三基于贝塞尔函数带通滤波器设计 (23)3.1滤波器的设计思想 (23)3.2滤波器的设计步骤 (23)四仿真结果及其分析 (26)4.1 PSPICE仿真软件及应用 (26)4.1.1 PSPICE仿真软件概述 (26)4.1.2 PSpice A/D软件的功能特点 (26)4.2仿真结果分析 (27)4.2.1幅频特性曲线 (27)4.2.2波特图曲线 (27)4.2.3群延迟特性 (28)结论............................................... 错误！未定义书签。

致谢 (30)[参考文献] (29)摘要带通滤波器在通信系统中的应用极为广泛，由于科学技术的飞速发展，计算机技术及各类技术也急速增加，过滤技术的发展也得到了前所未有的平台。

本论文的主要研究和设计性能优良的带通滤波器，经过学者们各类新型滤波器性能的研究，导致滤波器朝低功耗、高精度、小体积方向发展，滤波器的单片集成在70年代后期被研制出来并得到使用，到了今天滤波器的应用十分广泛，滤波器本身的质量也同时决定了最终产品的质量，所以更需要设计出满足大众需要的带通滤波器。

本论文的主要研究和设计性能优良的带通滤波器。

论文介绍了贝塞尔函数来进行带通滤波器的设计验证，以中心频率为120MHz的带通滤波器为例，，在满足要求的同时也在经济性和制造程度上达到优良。

《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。

带通滤波器毕业设计带通滤波器毕业设计引言：在现代电子技术的发展中，滤波器是一种非常重要的电子元件。

它可以对信号进行处理，去除杂波和干扰，从而提高信号的质量。

而在电子工程师的毕业设计中，设计一个带通滤波器是一项常见的任务。

本文将介绍带通滤波器的原理、设计方法以及实际应用。

一、带通滤波器的原理带通滤波器是一种能够通过一定频率范围内的信号，而削弱其他频率信号的电子元件。

其原理是利用电容、电感和电阻等元件的组合，形成一个能够选择性地通过一定频率范围内信号的电路。

带通滤波器可以分为主动滤波器和被动滤波器两种类型。

主动滤波器采用了运算放大器等主动元件，能够提供放大和反馈功能，从而实现更精确的频率选择。

被动滤波器则只采用了电容、电感和电阻等被动元件，其频率响应相对较简单。

二、带通滤波器的设计方法1. 确定设计要求：在设计带通滤波器时，首先需要明确设计要求，包括通带范围、阻带范围、通带衰减和阻带衰减等参数。

这些参数将决定滤波器的性能和适用场景。

2. 选择滤波器类型：根据设计要求，选择适合的滤波器类型。

常见的带通滤波器类型有Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器和Elliptic滤波器等。

它们在通带和阻带的衰减特性、相位响应等方面有所不同，因此需要根据具体需求进行选择。

3. 计算元件数值：根据选择的滤波器类型和设计要求，计算滤波器中各个元件的数值。

这包括电容、电感和电阻等元件的数值选择，以及元件的连接方式和拓扑结构。

4. 仿真和优化：通过电子设计自动化软件，进行滤波器的仿真和优化。

根据仿真结果，对滤波器的性能进行评估和调整，以达到设计要求。

5. 实际制作和测试：根据设计结果，制作实际的滤波器电路，并进行测试和验证。

测试结果将反馈给设计者，以便对设计进行进一步改进和优化。

三、带通滤波器的应用带通滤波器在电子领域有着广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：1. 语音信号处理：在通信系统中，带通滤波器可以用于去除语音信号中的噪声和杂音，提高通信质量。

《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。

基片集成波导带通滤波器的设计作者：单武来源：《电子技术与软件工程》2015年第13期文章介绍了一种应用基片集成波导（SIW）技术的带通滤波器，此带通滤波器是由六个等边三角形谐振单元构成的。

这种结构的滤波器具有高品质因数、低插入损耗、大功率容量等优点。

文章设计了中心频率在8.6GHz、带宽800MHz的带通滤波器，并利用HFSS仿真软件对这种滤波器进行优化和仿真，得到满意的结果。

【关键词】基片集成波导SIW 带通滤波器等边三角形谐振单元1 引言随着现代微波毫米波电路系统的高速发展，其功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高，同时要求其体积越来越小、重量越来越轻；整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。

低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。

因此，迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。

正是为了解决上述矛盾，一种基于介质基片的波导结构被提了出来——基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）。

基片集成波导（SIW）是一种立体的周期性结构，它能够利用PCB、LTCC等集成工艺制作，通过金属通孔或者空气过孔限制向外辐射的电磁波，从而代替传统矩形金属波导或者非辐射介质波导（NRD）。

同时，由基片集成波导技术所构成的元器件具有高品质因数、大功率容量、造价低和易于集成等优点。

本文介绍了使用等边三角形基片集成波导谐振器设计的带通滤波器。

最后设计出了一个中心频率为8.6GHz、带宽为800MHz的基片集成波导带通滤波器。

2 SIW应用和研究现状近年来，在对基片集成波导传输特性研究的基础上，SIW的应用也得到了较为广泛的发展。

利用基片集成波导形成的无源微波器件，如定向耦合器、功分器、滤波器、天线等，都展现出了与传统意义上的矩形金属波导构建的微波器件相媲美的性能。

2.1 定向耦合器定向耦合器作为一种重要的无源器件被广泛地应用于现代微波毫米波通信系统，在天线阵列馈电网络中，定向耦合器是一个主要部件。

带通滤波器设计--模拟电⼦技术课程设计报告模拟电⼦技术课程设计报告带通滤波器设计班级：⾃动化1202姓名：杨益伟学号：120900321⽇期：2014年7⽉2⽇信息科学与技术学院⽬录第⼀章设计任务及要求1、1设计概述------------------------------------31、2设计任务及要求------------------------------3 第⼆章总体电路设计⽅案2、1设计思想-----------------------------------42、2各功能的组成-------------------------------52、3总体⼯作过程及⽅案框图---------------------5 第三章单元电路设计与分析3、1各单元电路的选择---------------------------63、2单元电路软件仿真---------------------------8 第四章总体电路⼯作原理图及电路仿真结果4、1总体电路⼯作原理图及元件参数的确定---------94、2总体电路软件仿真---------------------------11 第五章电路的组构与调试5、1使⽤的主要仪器、仪表-----------------------125、2测试的数据与波形---------------------------125、3组装与调试---------------------------------145、4调试出现的故障及解决⽅法-------------------14 第六章设计电路的特点及改进⽅向6、1设计电路的特点及改进⽅向-------------------14 第七章电路元件参数列表7、1 电路元件⼀览表---------------------------15 第⼋章结束语8、1 对设计题⽬的结论性意见及改进的意向说明----168、2 总结设计的收获与体会----------------------16 附图(电路仿真总图、电路图)参考⽂献第⼀章设计任务及要求1、1设计概述：带通滤波器是指允许某⼀频率范围内的频率分量通过、其他范围的频率分量衰减到极低⽔平的滤波器。

基于SIW技术的毫米波滤波器研究与设计杨君豪;孙曼;张金玲【摘要】基于基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)结构设计了两款四阶的耦合带通滤波器,使用三维全波电磁场仿真软件HFSS对设计的两款滤波器进行了仿真设计和优化.由仿真结果分析得出,两款滤波器的工作频率均位于毫米波频段.第一款SIW滤波器实现了切比雪夫型响应,中心频率为20 GHz,带宽为2 GHz,通带内的插入损耗低于1.5 dB,回波损耗低于-20 dB,在阻带中对信号的衰减程度可以达到50 dB.第二款SIW滤波器实现了准椭圆函数型的响应,中心频率为29.1 GHz,带宽为300 MHz,通带内的插入损耗低于1 dB,回波损耗低于-20 dB,在通带到阻带的过渡中实现了两个陷波点.仿真结果表明,在毫米波滤波器设计中引入SIW结构,有利于优化滤波器尺寸,得到较好的滤波器性能指标,是毫米波滤波器发展的一个重要方向.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】6页(P518-523)【关键词】毫米波;带通滤波器;基片集成波导(SIW);切比雪夫响应;准椭圆函数响应;交叉耦合【作者】杨君豪;孙曼;张金玲【作者单位】北京邮电大学,北京100876;中国移动福建分公司,福建362200;北京邮电大学,北京100876;北京邮电大学,北京100876【正文语种】中文【中图分类】TN713引言毫米波无线通信技术是微波无线通信技术向更高频段的延伸,近年来得到了广泛关注与重视,其主要原因有:毫米波对应的频谱资源丰富;毫米波自身的传输特性良好;现代芯片制造工艺的快速发展为毫米波通信设备的制造提供了保障;毫米波通信技术已经成为许多新兴技术的发展需要. 滤波器作为通信系统中重要的组成部分,发挥着对信号频率分割和提取的功能,其性能的优劣直接影响了整个系统的通信质量. 研究小体积、高性能的毫米波滤波器对于实现收发组件单片化,以及促进毫米波技术的发展具有重要意义.基片集成波导(substrate integrated waveguide, SIW)结构是2000年提出的一种新型电路结构,它兼有传统金属波导和微带电路等平面传输线的双重优点[1-3], 其辐射损耗低、功率容量大、易与平面电路集成且抗干扰能力强. 近年来,对SIW 技术的关注度不断增加,相关的技术在微波及毫米波电路领域得到了广泛的应用[4-6]. 基于SIW结构设计的滤波器具备波导滤波器损耗低、Q值高和功率容量大的优点,同时还具备了微带线滤波器尺寸小、易集成的优点. 在滤波器朝着小型化、集成化发展的过程中,电磁兼容、电磁干扰等技术问题也日益突出. 将SIW结构运用到滤波器的设计中是毫米波电路发展的一个重要方向.2003年,文献[7]在绝缘介质基片中加入周期排列的金属通孔,通过四个中心偏置的金属化通孔的直径大小与偏离度控制各谐振腔之间的耦合,实现了三阶的滤波器结构. 这是第一款真正意义上的SIW滤波器.2005年,文献[8]将电磁带隙(electromagnetic band gap, EBG)结构运用到滤波器的设计中,设计出了一款应用周期性EBG结构的SIW滤波器. 该滤波器实现了超宽带特性与结构上的紧凑性,既具备了EBG结构的阻带特性,又保留了SIW结构本身的高通特性. 随后,利用圆形SIW谐振腔进一步实现SIW滤波器的小型化. 圆形SIW谐振腔滤波器的结构特点在于可以通过改变输入首末两端的角度来调节滤波器的品质因数.近年来,频率选择性表面(frequency selective surface, FSS)、互补开口谐振环(complementary split ring resonator, CSRR)和周期排列的十字形缺陷地(defected ground structure, DGS)结构相继被应用到SIW腔体滤波器与SIW矩形谐振滤波器中. 基于FSS设计的SIW滤波器具有单边陡降效应,通过调节腔体尺寸可以实现低频、高频陡降特性的转换,并能通过单元结构合成实现双边的陡降特性;应用耦合开口谐振环技术的SIW滤波器在利用微扰原理实现双模特性的同时,实现了阻带上的传输零点,提高了带外抑制特性;基于周期十字型DGS结构设计的SIW滤波器在提高了高频带外抑制的同时,保持了谐振腔的品质因数. 此外,应用到SIW滤波器的结构还包括共面波导、缺陷地等[9-12].针对毫米波通信系统中对滤波器小型化、高性能的需求,本文对SIW结构在毫米滤波器设计中的应用进行了研究. 对SIW的结构特点、传输特性进行了分析,结合在耦合谐振带通滤波器的设计中常用的耦合矩阵法,设计了两款工作频率位于毫米波频段的带通滤波器. 第一款为直接耦合型SIW滤波器,馈电方式采用微带线——SIW的直接转换结构,滤波器响应形式为传输零点位于无穷远传处的切比雪夫型带通滤波器. 为了进一步实现滤波器小型化、高带外抑制性能的需求,设计了第二款交叉耦合型SIW滤波器,馈电方式采用共面波导——SIW转换结构,进一步缩小了滤波器整体大小,且滤波器响应形式为通带两侧各有一个传输零点的准椭圆函数型带通滤波器,提高了滤波器带外抑制性能. 通过电磁仿真软件分别对两款滤波器进行了仿真,并对仿真结果进行了分析.1 SIW毫米波滤波器的理论分析1.1 SIW的结构特点SIW结构特点在于它将周期排列的金属圆柱或金属通孔嵌入介质基片,以此来达到与矩形金属波导侧壁类似的效果,将电磁波限制在基片上下两个金属面和两排金属通孔间. SIW的结构示意如图1所示. 其中,d表示金属通孔的直径,s表示相邻金属孔间圆心到圆心的距离,h表示基板厚度,l表示两列金属孔之间的距离.图1 SIW结构示意图Fig.1 Configuration schematic of SIW由于金属圆孔之间存在间隔,使得电磁波会在孔间产生泄露,造成了SIW结构特有的漏波特性. 漏波损耗的程度主要由金属通孔的直径d和相邻金属孔的间距s决定. 为了尽量减小漏波损耗,SIW尺寸的一般设计原则有[13]d<0.2λg,s<2d,d<0.2l.(1)由式(1)可以看出,s/d的数值即孔间隙越小,电磁波越难以在孔间发生泄露. 但从实际的角度出发,由于制造工艺有限,过小的孔直径和孔间距无疑会给实际生产带来困难. 因此对于SIW结构来说,选取合适的d值与s值,使得整个结构漏波损耗小且易于加工是相当有必要的. 图2是SIW单个谐振腔模型,两端采用微带线直接过渡型转换结构.图2 SIW单个谐振腔结构Fig.2 Configuration of a single SIW resonator通过对如图2所示的SIW单个谐振腔进行仿真优化,当d取0.5 mm,s取1 mm时,工作在30 GHz的SIW谐振腔实现了与传统矩形波导相似的传输特性. 在d与s值确定的情况下,谐振频率fc主要由两列金属孔之间的距离l决定,计算公式如下:(2)图2的SIW谐振腔的电场分布情况如图3所示.由仿真结果可以看出,通过谐振腔的电磁波被有效地限制在两排金属孔之间,几乎没有在孔间产生漏波损耗.图3 SIW谐振腔电场分布Fig.3 Magnitude of electric field distribution in the SIW cavity at resonance frequency1.2 SIW的转换结构SIW主要由介质基板和金属化通孔构成,虽然它也是一种平面结构,但是在实际电路应用中SIW难以和其他平面电路直接相连,因此SIW滤波器设计中应用了常用平面电路(如微带线)到SIW的转换结构,用来解决SIW连接与测试的问题.SIW与平面电路之间的转换结构一般有如下设计要求[8]:能实现较宽的工作带宽、较小的插入损耗和较简易的加工结构.SIW滤波器常用的五种基本平面电路转换结构如图4所示[14-17]. 其中,(a)为直接过渡结构,适用于SIW的等效阻抗与微带线特性阻抗相同的情况;(b)为凸型过渡结构,在实现SIW与微带结构过渡的同时完成了二者阻抗的匹配;(c)是凹型过渡结构,通过一段共面波导的过渡来完成阻抗匹配;(d)是SIW滤波器设计中最为常见的锥形过渡结构,其结构简单,能起到很好的展宽频段的效果,在实现微带线与SIW的阻抗匹配的同时,又减小反射带来的影响;(e)是共面波导过渡结构,相比于其他过渡结构,该结构最为紧凑,能够在体积更小的滤波器中发挥很好的作用. 其主要由一段共面波导短截线和两条短路槽构成,实现的效果与锥型过渡类似. 在后续设计中分别采用了(a)和(e)的过渡结构.(a) 直接过渡 (b) 凸型过渡 (c) 凹型过渡 (a) Direct (b) Convex (c) Concave transition transition transition(d) 锥型过渡 (e) 共面波导过渡 (d) Cone transition (e) CPW transition图4 SIW 滤波器平面电路转换结构Fig.4 Transitions from planar circuits to SIW filter 2 SIW毫米波带通滤波器的设计与仿真2.1 直接耦合型SIW带通滤波器本节设计了一款直接耦合的SIW带通滤波器,采用直接耦合的形式,工作频率覆盖19～21 GHz,通带内插入损耗小于1.5 dB,回波损耗小于-20 dB,带外抑制特性良好. 具体设计过程如下:根据所需设计的滤波器中心频率和带宽,确定滤波器的截止频率,通过公式(1),由截止频率计算得出滤波器中SIW谐振腔的尺寸. 由于设计中实现的滤波器为耦合谐振器带通滤波器,因此采用耦合矩阵法计算出各谐振腔之间的耦合系数和外部品质因数. 利用电磁仿真软件HFSS建立子工程,通过仿真得到耦合系数和外部品质因数与谐振腔的物理尺寸之间的对应关系,计算得到滤波器各部分的尺寸大小. 建立初步的滤波器整体模型,并设置相关的激励和边界条件. 其中,金属圆柱可以用边界条件为perfect E的圆柱面代替. 对模型进行仿真分析,仿真得到的响应波形与理论上会存在误差,该误差可以通过对整体模型的进一步优化来减小或消除.通过仿真对比得到,在谐振频率处于20 GHz时,谐振腔宽度H=10.5 mm. 根据技术指标要求,确立该滤波器使用的阶数为4阶. 采用耦合系数法,利用Matlab编程计算得出该滤波器的归一化耦合矩阵为(3)通过转换可以得到相邻谐振腔之间的耦合系数,转换公式如下:Mi,j=WFB×mi,j,i≠j.(4)计算得到M1,2=0.083 6,M2,3=0.060 59,M3,4=0.082 36. 滤波器的外部Q值是影响滤波性能的一个重要因素,可以通过式(5)得到:(5)式(4)、(5)中:WFB表示滤波器的相对带宽;M0,1表示输入端口与第一个谐振腔之间的M矩阵耦合系数;M4,5表示输出端口与最后一个谐振腔之间的M矩阵耦合系数,由“N+2”型耦合矩阵的计算方法可以得到. 带入数值后得到品质因数Q1=Q2=17.3.综上计算得到了谐振器之间的相关系数,使用电磁仿真软件HFSS建立该SIW之间耦合带通滤波器的初始模型,通过参数扫描对模型尺寸进行调整,以实现较好的传输特性.直接耦合SIW滤波器平面结构如图5所示. 从图中可以看出,四个由金属板面与金属圆柱组成的四个谐振腔呈横向排列. 第一个和第二个谐振腔通过过渡结构接入源和负载,各谐振腔通过横向的耦合窗口进行能量的传递.整个滤波器平面尺寸为26 mm×15 mm,具体尺寸为:L1=4.0 mm,L2=4.5 mm,W0=4.3 mm,W1=3.2 mm,W2=3.0 mm,H=10.5 mm.图5 直接耦合SIW滤波器平面结构图Fig.5 Top view of the direct coupled SIW filter通过电磁仿真软件HFSS得到的S11、S21仿真曲线如图6所示,因为滤波器采用直接耦合,所实现的响应为切比雪夫型响应. 从仿真结果可以看出,在滤波器通带19～21 GHz的范围内,插入损耗始终小于1.5 dB,回波损耗始终小于-20 dB. 带外抑制特性十分良好,在通带外的17 GHz处,对信号的衰减程度达到了50 dB.图6 直接耦合SIW滤波器S参数仿真曲线Fig.6 Simulated S parameters of the direct coupled SIW filter2.2 交叉耦合型SIW带通滤波器2.1节中所设计的SIW直接耦合带通滤波器,实现的是一般的切比雪夫响应,其传输零点位于无穷远处. 为了在通带与阻带的过渡带中实现明显的下陷,即在通带的两边实现一对陷波点,本小节用置于腔体中心的金属孔对代替原SIW滤波器中的金属孔窗口,设计了一款实现交叉耦合的SIW带通滤波器. 工作频率覆盖28.9～29.2 GHz,通带内插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB,带外抑制特性良好.为了使设计的滤波器结构更为紧凑,该滤波器在连接端采用共面波导过渡结构,在输入、输出两端加入了共面波导短截线和1/4波长短路槽.共面波导过渡结构与其他过渡结构相比更适用于小体积的SIW滤波器,相应的代价是该转换结构会使滤波器的通带带宽受到限制. 采用耦合系数法,利用Matlab编程计算得到该滤波器的耦合矩阵如式(6)所示,引入交叉耦合后,矩阵中M1,4与M4,1的数值不再为零.(6)通过电磁仿真软件HFSS建立该滤波器的初始模型,模型的平面结构如图7所示. 可以看到,滤波器由三对纵向金属孔构成了四个谐振腔. 通过调整孔间距W1、W2,可以改变对应的耦合量. 对比2.1节设计的直接耦合型SIW滤波器,本款滤波器的尺寸更小、结构更为紧凑. 整体的尺寸为4 mm×14 mm,其中W1=0.65mm,W0=2.10 mm,W2=1.10 mm,L1=2.50 mm,L2=2.35 mm,H=2.80 mm.图7 交叉耦合SIW滤波器平面示意图Fig.7 Top view of the cross coupled SIW filter通过电磁仿真软件HFSS得到的滤波器S11、S21仿真曲线如图8所示.图8 交叉耦合SIW滤波器S参数仿真曲线Fig.8 Simulated S parameters of the cross coupled SIW filter从仿真曲线可以看出,通带内插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB,在通带两边各产生一个陷波点,带外抑制特性良好.对上述设计的两款SIW带通滤波器进行对比分析,由滤波器的平面结构示意图可知(如图5、图7所示,其中图5中馈电结构采用微带线——SIW直接转换结构,图7中馈电结构采用共面波导——SIW转换结构),共面波导转换结构使滤波器整体更加紧凑,进一步缩小了滤波器的整体大小,实现了滤波器小型化的应用需求．由仿真结果S参数曲线可知(如图6、图8所示),设计的第二款准椭圆函数型SIW带通滤波器,通过引入交叉耦合,在通带两侧各引入了一个传输零点,在相同阶数下,相比较于传输零点在无穷远处的切比雪夫型SIW带通滤波器,提高了带通滤波器的选择性,抑制更加陡峭.3 结论本文针对毫米波滤波器的设计,引入SIW结构,研究了SIW的结构特点及传输特性,结合耦合谐振带通滤波器设计中的耦合矩阵法,设计了两款工作频率位于毫米波频段的带通滤波器,并通过电磁仿真软件HFSS分别进行了仿真．结果表明,两款滤波器均实现了设计指标,满足毫米波通信系统需求. 分析得出,将SIW结构应用到毫米波滤波器的设计中,有利于优化滤波器尺寸,得到较好的滤波器性能指标,是毫米波滤波器发展的一个重要方向.参考文献【相关文献】[1] CASSIVI Y, PERREGRINI L, ARCIONI P, et al. 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《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。

《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。

微带线带通滤波器仿真设计1 绪论微波滤波器是现代社会中常用的一种选频装置。

它的主要作用是对信号进行处理，根据设置的一定频率选择出有用的信号，滤除不需要的信号。

微波滤波器采用最重要的元件之一是一种用微带线作为传输线的微带电路，微带电路具有体积小、频带宽、重量轻和可靠性高等特征。

这是由于这些优点，近年来微带电路被广泛用于微波电路中，对微波电路的发展具有较大的意义。

当然，滤波器的性能会影响电路的性能指标，因此，我们需要设计出一个高性能的滤波器，这样更有利于对微波电路系统的设计。

传统滤波器制作的工作量大，计算方法比较复杂，而且效果较差，但是随着软件技术飞速的发展，如今在设计滤波器的方法上也变得更多、更快、更好。

本设计便是采用微带电路的这些特征，设计出微带线带通滤波器，该滤波器采用先进设计系统（ADS ）进行仿真设计，不仅提高了工作效率，同时也有利于进一步对微带滤波器的优化。

1.1微带线滤波器的发展历程1958年，平行耦合传输线滤波器的结构被Seymour B.Cohn提出，该结构是通过平行的微带线之间形成耦合电路，从而在平面结构下实现了滤波，如图 1.1-1所示为平行耦合传输线滤波器。

平行耦合传输线滤波器的优点在于它可以对滤波器阶数和极点的个数进行控制，从而提高了滤波器的带宽，插入损耗以及稳定性。

平行耦合传输线滤波器具有微带线耦合性质，在当时具有较大意义。

U)1~ plad rMOiia cur filtjef*; G B》cn<d coupleQi： awl (r i p.mJlcI -tipled图1.1-1 平行耦合传输线滤波器随后出现了介质谐振器，P.D.Richtmeyer 利用介质块的电磁谐振的小尺寸和高 Q 值这两个优点，但是这种滤波器在实际使用中却没有得到推广，原因是这种材料的温度 稳定性很低。

20世纪60年代，具有良好的温度稳定性和高 Q 值的陶瓷材料的出现使介 质滤波器在使用中逐渐被认可。