基于SIR的同轴腔体带通滤波器设计

基于SIR的同轴腔体带通滤波器设计
基于SIR的同轴腔体带通滤波器设计

基于HFSS的微调谐腔体带通滤波器设计

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。然后,利用仿真值去逼近对应参数的理论值,得到最终的模型尺寸。 模型仿真结束后就可以按仿真尺寸对滤波器进行机加工,最后经过调谐,滤波器就可以达到使用要求了。 二、需要解决的问题 (一)提高仿真精度 三维电磁场仿真软件HFSS由于本身采用的是有限元数值算法,相对于矩量法和积分法来说,具有较高的仿真精度,但是由于设计者采用不合理的仿真方法,导致设计中存在仿真误差。 对于谐振器间耦合系数的仿真,传统的方法是建立孤立双谐振器模型进行谐振器之间耦合系数的仿真,根据仿真数据建立相邻谐振器间耦合系数对应孤立双谐振器间距的曲线,再依据此曲线确定每个孤立双谐振器之间的距离,最后将各个孤立双谐振器单元进行组合得到整个腔体滤波器模型,多谐振器组合后之间的相互影响,可能导致滤波器响应的变坏,严重影响到滤波器仿真的精度。 (二)简化调谐结构 腔体滤波器的结构设计中使用了大量的调谐螺钉,或在盖板上安装调谐螺钉,或在盒体侧壁上安装,与此同时还需要考虑相应螺母的尺寸及调谐完成后如何固定螺母的问题。调谐螺钉的使用导致滤波器结构复杂且体积庞大。 同时还存在一个更重要的问题,即滤波器调谐的好坏、快慢很大程度上依赖于调谐者的经验与技术水平,且产品的一致性不是很好,这严重限制了腔体滤波器的批量生产。 三、关键技术 (一)二端口网络等效替换技术 二端口网络等效替换技术是在从切比雪夫低通原型到只有一种电抗元件低通原型的变换过程中,摒弃利用对偶电路求取J值的方法,采用二端口网络电路直接等效替换的方法将低通原型中的串联电感变换成并联电容,低通原型中的电容值保持不变,经过变换后的并联电容值与低通原型中的串联电感的电抗值保持一致。 (二)整体模型仿真技术 整体模型仿真技术:首先建立滤波器整体模型,在整体模型的框架内先对单谐振器本征模仿真求得每个谐振杆的尺寸与加载情况,再对双谐振器本征模仿真求得相邻谐振杆的间距。2种模式仿真都采用从中心谐振器单元到两端谐振器单元的仿真顺序。同时为了减小双谐振器本征模仿真与单谐振器本征模仿真之间的相互影响,需要这2种仿真交替进行几次,直至2种模式仿真的相互影响比较细微时,最后再进行单端输入最大群时延的仿真。这样从整体模型的能有效提高仿真的精确度; (三)微调谐技术 谐振杆一端与地短路,一端开路,开路端加载一薄金属片,金属片呈现的是电容的特性,通过小幅度拨动金属片改变金属片与金属腔壁间的距离来实现滤波器的微调故而又称金属片为调谐电容片;输入输出端中间的过孔用于焊接穿墙玻璃绝缘子的探针,称之为探针孔;谐振杆模拟的是并联谐振电路。 四、仿真与性能测试结果分析 (一)仿真 设计要求:中心频率为4.7GHz,通频带相对带宽为16%,3.5GHz和6GHz处的抑制度达到30dB,插入损耗小于1dB。 首先根据带外抑制度选择5腔结构;再求取谐振器间耦合系数,单端输入最大群时延和谐振腔的谐振频率分别如下:k1,2=0.19937,k2, 3=0.1421,τmax=0.5443,F0=4673.3,F0是W0对应的频率值。然后在HFSS中建立三维微调谐滤波器模型,之后通过下面3个步骤最终得到滤波器三维模型的尺寸: ①通过HFSS单谐振器本征模型仿真使单谐振器本征模频率在F0附近,以此确定每个谐振杆的大小与加载情况。谐振杆长度用L表示,

二阶带通滤波器课程设计.

一、制作一个1000Hz 的正弦波产生电路: 图1.1 正弦波产生电路 1.1 RC 桥式振荡电路 RC 桥式振荡电路如图(1.1)所示。这个电路由两部分组成,即放大电路和选频网络。其中,R1、C1和R2、C2为串、并联选频网络,接于运算放大器的输出与同相输入端之间,构成正反馈,以产生正弦自激振荡。R3、W R 及R4组成负反馈网络,调节W R 可改变负反馈的反馈系数,从而调节放大的电压增益,使电压增益满足振荡的幅度条件。RC 串并联网络与负反馈中的R3、W R 刚好组成一个四臂电桥,电桥的对角线顶点接到放大器A1的两个输入端,桥式振荡电路的名称即由此得来。 分析RC 串并联网络的选频特性,根椐正弦波振荡电路的振幅平衡条件,选择合适的放大指标,构成一个完整的振荡电路。 1.2 振荡电路的传递函数 由图(1.1)有 1111 Z R sC =+,2 2222 1Z 1R R C sC =+=2221R sC R + 其中,1Z 、2Z 分别为图1.1中RC 串、并联网络的阻值。 得到输入与输出的传递函数: F ν(s)= 21 2 1212221121()1 sR C R R C C s R C R C R C s ++++ =12 21122111212 11111()s R C s s R C R C R C R R C C ++++ (1.1) 由式(1.1)得 21212 R R 1 C C =ω 2 1210R R 1 C C = ?ω

取1R =2R =16k Ω,12C C ==0.01μF ,则有 1.3 振荡电路分析 就实际的频率而言,可用s j ω=替换,在0ωω=时,经RC 选频网络传输到运放同相端的电压与1o U 同相,这样,放大电路和由Z1和Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统,可以满足相位平衡条件。 12 2 11221212 ()12v j C R F j j C R j C R C C R R ωωωωω= ++- (1.2) 令2 12101R R C C = ω,且R R R C C C ====2121,,则式(1.2)变为 ) (31 )(00ω ωωωω-+= j j F v (1.3) 由此可得RC 串并联选频网络的幅频响应 2 002)( 31ω ωωω-+= V F (1.4) 相频响应 3 )( arctan 0ω ωωω?--=f (1.5) 由此可知,当 2 12101R R C C = =ωω,或CR f f π21 0= = 时,幅频响应的幅度为最大,即 而相频响应的相位角为零,即 这说明,当2 12101R R C C = =ωω时,输出的电压的幅度最大(当输入电压的幅 度一定,而频率可调时),并且输出电压时输入电压的1/3,同时输出电压与输入

金属同轴腔滤波器设计要点

金属同轴腔滤波器设计 摘要 近年来,随着移动通信、导航技术和电子对抗的快速发展,对现有微波元器件的需求和性能的改进都提出了很高的要求。同轴腔体带通滤波器作为微波带通滤波器中应用最广的一种滤波器,具有功率容量大、插入损耗低、寄生通带远等特点,在现代无线通信、数字电视广播、卫星导航、遥测遥感和雷达等系统中得到了广泛的应用。 本文对同轴腔体带通滤波器做了详细的分析,分析讨论了同轴谐振腔的电磁特性,主要包括谐振频率、谐振腔的耦合结构和外部品质因数等。利用响应函数得到腔体之间的耦合系数。应用三维全波仿真软件,分析了腔体结构参数与耦合系数和耦合窗的关系。最后论文给出了同轴腔滤波器设计实例,测试结果性能良好,符合设计指标要求。 关键词:微波滤波器带通滤波器同轴谐振腔全波仿真分析 1

ABSTRACT With the rapid development of mobile communication system, the quality of microwave components is becoming more and more important. As a microwave band-pass filter, coaxial cavity filter is widely applied in modern wireless communication and radar systems, for its high power capacity, low insertion loss and far spurious pass-band. Based on the research of coaxial filter, the electromagnetic properties of coaxial cavity resonator are proposed in the paper, including resonant frequency, coupling structure and external Q of the cavities. The coupling coefficient of filter can be getting by utilizing response function. The width of coupling windows and in-put/out-put coupling lines are acquired by full wave simulation and optimization. At last, a coaxial cavity filter is designed and measured, which has perfect performances and is satisfied with the technical specifications. Key Words: microwave filter band-pass filter coaxial resonator full wave simulation

带通滤波器的设计

目录 一.设计概述 二.设计任务及要求 2.1 设计任务 2.2 设计要求 三.设计方案 3.1设计结构 3.2元件参数的理论推导 3.3仿真电路构建 3.4仿真电路分析四.所用器件 五.实验结果 5.1 实验数据记录 5.2 实验数据分析六.实验总结 6.1 遇到的主要问题 6.2 解决问题的措施 6.3 实验反思与收获 附图 参考文献

一.设计概述 根据允许的通过的频率范围,可以将滤波器分为低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器和带阻滤波器4种。其中,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。 在滤波器中,信号能够通过的范围成为通频带或通带,信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围成为阻带,通带和阻带之间的界限称为截止频率。对于一个理想的带通滤波器,通带范围内则完全平坦,对传输信号基本没有增益的衰减作用,其次,通带之外的所有频率均能被完全衰减掉,通带和阻带之间存在一定的过渡带。 在带通滤波器的实际设计过程中,主要参数包括中心频率f0,频带宽度BW,上限截止频率fH和下限截止频率fL。一般情况下,为使滤波器在任意频段都具有良好的频率分辨能力,可采用固定带宽带通滤波器(如收音机的选频)。所选带宽越窄,则频率选择能力越高。但为了覆盖所要检测的整个频率范围,所需要的滤波器数量就很大。因此,在很多场合,固定带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的,而是利用一个参考信号,使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化,其中,参考信号是由信号发生器提供的。上述可便中心频率的固定带宽带通滤波器,经常用于滤波和扫描跟踪滤波应用中。 二.设计任务及要求 1)设计任务 带通滤波器的设计方案有很多,本实验将采用高通滤波器和低通滤波器级联的设计方案实现一个带通滤波器,通过多级反馈,减少干扰信号对滤波器的影响。为了检测滤波电路的通带特性,设计一个带宽检测电路,通过发光二极管的亮灭近似检测电路的带宽范围。 设计要求 2)设计要求 (1)性能指标要求 1.输入信号:有效值为1V的电压信号。 2.输出信号中心频率f0通过开关切换,分别为500Hz 1.5KHz 3KHz 10KHz 误差10%。 3.带通滤波器带宽BW

《腔体滤波器设计具体步骤》

Advanced Coupling Matrix Synthesis Techniques for Microwave Filters Richard J.Cameron ,Fellow,IEEE Abstract—A general method is presented for the synthesis of the folded-configuration coupling matrix for Chebyshev or other filtering functions of the most general kind,including the fully canonical case, i.e., +2”transversal network coupling matrix,which is able to accommodate multiple input/output couplings,as well as the direct source–load coupling needed for the fully canonical cases.Firstly,the direct method for building up the coupling matrix for the transversal network is described.A simple nonoptimization process is then outlined for the conversion of the transversal matrix to the equivalent “ ”coupling matrix,ready for the realization of a microwave filter with resonators arranged as a folded cross-coupled array.It was mentioned in [1]that,although the polynomial synthesis procedure was capable of generating finite-position zeros could be realized by the coupling matrix.This excluded some useful filtering characteristics,including those that require multiple input/output couplings,which have been finding applications recently [3]. In this paper,a method is presented for the synthesis of the fully-canonical or “coupling matrix. The .(b)Equivalent circuit of the k th “low-pass resonator”in the transversal array. The matrix has the following advantages,as compared with the conventional coupling matrix.?Multiple input/output couplings may be accommodated, i.e.,couplings may be made directly from the source and/or to the load to internal resonators,in addition to the main input/output couplings to the first and last resonator in the filter circuit.?Fully canonical filtering functions (i.e.,coupling matrix, not requiring the Gram–Schmidt orthonormalization stage.The 0018-9480/03$17.00?2003IEEE

二阶带通滤波器课程设计

目录 1 课程设计的目的与作用 (1) 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 (1) 2.1 设计任务 (1) 2.2 Multisim软件环境介绍 (1) 3 电路模型的建立 (2) 4 理论分析及计算 (3) 5 仿真结果分析 (4) 6 设计总结和体会 (4) 7 参考文献 (5)

1 课程设计的目的与作用 目的:根据设计任务完成对二阶带通滤波器的设计,进一步加强对模拟电子技术的理解。了解二阶带通滤波器的工作原理,掌握对二阶带通滤波器频率特性的测试方法。 带通滤波器:其作用是允许某一段频带范围内的信号通过,而将此频带以外的信号阻断。常用于抗干扰设备中,以便接收某一段频带范围内的有效信号,而消除高频段和低频段的干扰和噪声。 2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 2.1 设计任务 学会使用Multisim10软件设计二阶带通滤波器的电路,使学生初步了解和掌握二阶带通滤波器的设计、调试过程及其频率特性的测试方法,能进一步巩固课堂上学到的理论知识,了解带通滤波器的工作原理。 2.2 Multisim软件环境介绍 Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。Multisim 提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

基于HFSS带通滤波器设计文献综述

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160408220 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.

(整理)带通滤波器设计

实验八 有源滤波器的设计 一.实验目的 1. 学习有源滤波器的设计方法。 2. 掌握有源滤波器的安装与调试方法。 3. 了解电阻、电容和Q 值对滤波器性能的影响。 二.预习要求 1. 根据滤波器的技术指标要求,选用滤波器电路,计算电路中各元件的数值。设计出 满足技术指标要求的滤波器。 2. 根据设计与计算的结果,写出设计报告。 3. 制定出实验方案,选择实验用的仪器设备。 三.设计方法 有源滤波器的形式有好几种,下面只介绍具有巴特沃斯响应的二阶滤波器的设计。 巴特沃斯低通滤波器的幅频特性为: n c uo u A j A 21)(??? ? ??+= ωωω , n=1,2,3,. . . (1) 写成: n c uo u A j A 211) (??? ? ??+=ωωω (2) )(ωj A u 其中A uo 为通带内的电压放大倍数,ωC A uo 为截止角频率,n 称为滤波器的阶。从(2) 式中可知,当ω=0时,(2)式有最大值1; 0.707A uo ω=ωC 时,(2)式等于0.707,即A u 衰减了3dB ;n 取得越大,随着ω的增加,滤波器的输出电压衰减越快,滤波器的幅频特性越接近于理想特性。如图1所示。ω 当 ω>>ωC 时, n c uo u A j A ??? ? ??≈ωωω1 )( (3) 图1低通滤波器的幅频特性曲线

两边取对数,得: lg 20c uo u n A j A ωω ωlg 20)(-≈ (4) 此时阻带衰减速率为: -20ndB/十倍频或-6ndB/倍频,该式称为衰减估算式。 表1列出了归一化的、n 为1 ~ 8阶的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式。 在表1的归一化巴特沃斯低通滤波器传递函数的分母多项式中,S L = c s ω,ωC 是低通 滤波器的截止频率。 对于一阶低通滤波器,其传递函数: c c uo u s A s A ωω+= )( (5) 归一化的传递函数: 1 )(+= L uo L u s A s A (6) 对于二阶低通滤波器,其传递函数:2 22)(c c c uo u s Q s A s A ωωω++ = (7) 归一化后的传递函数: 1 1)(2 ++= L L uo L u s Q s A s A (8) 由表1可以看出,任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n 为偶数的高阶滤波器,可以由2n 节二阶滤波器级联而成;而n 为奇数的高阶滤波器可以由2 1-n 节二

IIR数字带通滤波器设计

课 程 设 计 报 告 课程名称: 数字带通滤波器设计 学生姓名: 学 号: 专业班级: 指导教师: 完成时间: 报告成绩: IIR 数字带通滤波器的设计

1课程设计目的 1掌握冲激响应不变法IIR 低通滤波器的设计。 2 通过对常用数字滤波器的设计和实现,掌握数字信号处理的工作原理及设计方法;熟悉用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器的原理与方法,掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法,掌握数字滤波器的计算机仿真方法,并能够对设计结果加以分析。 2.课程设计要求 采用双线性变换法设计一IIR 数字带通滤波器,抽样频率为 1s f kH z =,性能 要求为:通带范围从250Hz 到400Hz ,在此两频率处衰减不大于3dB , 在150Hz 和480Hz 频率处衰减不小于20dB ,采用巴特沃思型滤波器 3.设计原理 3.1用双线性变换法设计IIR 数字滤波器 脉冲响应不变法的主要缺点是产生频率响应的混叠失真。这是因为从S 平面到Z平面是多值的映射关系所造成的。为了克服这一缺点,可以采用非线性频率压缩方法,将整个频率轴上的频率范围压缩到-π/T ~π/T 之间,再用st e z =转 换到Z 平面上。也就是说,第一步先将整个S 平面压缩映射到S 1平面的-π/T ~π/T 一条横带里;第二步再通过标准变换关系z =e s 1T 将此横带变换到整个Z 平面上去。这样就使S 平面与Z 平面建立了一一对应的单值关系,消除了多值变换性,也就消除了频谱混叠现象,映射关系如图1-3所示。 图1双线性变换的映射关系 为了将s 平面的整个虚轴 Ω j 压缩到1s 平面1Ωj 轴上的-π/T 到π/T 段上, Z 平面 S 1 平面 S 平面

有源带通滤波器设计

二阶有源模拟带通滤波器设计 摘要 滤波器是一种具有频率选择功能的电路,它能使有用的频率信号通过。而同时抑制(或衰减)不需要传送频率范围内的信号。实际工程上常用它来进行信号处理、数据传送和抑制干扰等,目前在通讯、声纳、测控、仪器仪表等领域中有着广泛的应用。 以往这种滤波电路主要采用无源元件R、L和C组成,60年代以来,集成运放获得迅速发展,由它和R、C组成的有源滤波电路,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外,由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗都很高,输出阻抗比较低,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 通常用频率响应来描述滤波器的特性。对于滤波器的幅频响应,常把能够通过信号的频率范围定义为通带,而把受阻或衰减信号的频率范围称为阻带,通带和阻带的界限频率叫做截止频率。 滤波器在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应,而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的位置分布,滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。文中结合实例,介绍了设计一个二阶有源模拟带通滤波器。 设计中用RC网络和集成运放组成,组成电路选用LM324不仅可以滤波,还可以进行放大。 关键字:带通滤波器 LM324 RC网络

目录 目录 (2) 第一章设计要求 (3) 1.1基本要求 (3) 第二章方案选择及原理分析 (4) 2.1.方案选择 (4) 2.2 原理分析 (5) 第三章电路设计 (7) 3.1 实现电路 (7) 3.2参数设计 (7) 3.3电路仿真 (9) 1.仿真步骤及结果 (9) 2.结果分析 (11) 第四章电路安装与调试 (12) 4.1实验安装过程 (12) 4.2 调试过程及结果 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 遇到的问题 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.2 解决方法 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 调试结果与分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (14)

SIW带通滤波器仿真设计

0 引言 滤波器在无线通信、军事、科技等领域有着广泛的应用。而微波毫米波电路技术的发展,更加要求这些滤波器应具有低插入损耗、结构紧凑、体积小、质量轻、成本低的特点。传统用来做滤波器的矩形波导和微带线已经很难达到这个要求。而基片集成波导(SIW)技术为设计这种滤波器提供了一种很好的选择。 SIW的双膜谐振器具有一对简并模式,可以通过对谐振器加入微扰单元来使这两个简并模式分离,因此,经过扰动后的谐振器可以看作一个双调谐电路。分离的简并模式产生耦合后,会产生两个极点和一个零点。所以,双膜滤波器在减小尺寸的同时,也增加了阻带衰减。而且还可以实现较窄的百分比带宽。可是,双膜滤波器又有功率损耗高、插入损耗大的缺点。为此,本文提出了一种新型SIW腔体双膜滤波器的设计方法。 该SIW的大功率容量、低插入损耗特性正好可以对双膜滤波器的固有缺点起到补偿作用。而且输入/输出采用直接过渡的转换结构,也减少了耦合缝隙的损耗。 l 双膜谐振原理及频率调节 SIW是一类新型的人工集成波导,它是通过在平面电路的介质层中嵌入两排金属化孔构成的,这两排金属化孔构成了波导的窄壁,图1所示是基片集成波导的结构示意图。这类平面波导不仅容易与微波集成电路(MIC)以及单片微波集成电路(MMIC)集成,而且,SIW还继承了传统矩形波导的品质因数高、辐射损耗小、便于设计等优点。 1.1 基片集成波导谐振腔 一般情况下,两个电路的振荡频率越接近,这两个电路之间的能量转换需要的耦合就越小。由于谐振腔中的无数多个模式中存在着正交关系,故要让这些模式耦合发生能量交换,必须对理想的结构加扰动。但是,为了保持场结构的原有形式,这个扰动要很小。所以,本文选择了SIW的简并主模TE102和TE201,它们的电场分布图如图2所示。因为TM和TEmn(n10)不能够在SI W中传输。因此,一方面可以保证在小扰动时就可以实现耦合,同时也可以保证场的原有结构。

基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告.doc

基于MATLAB的数字带通滤波器课程设计报告1 西安文理学院机械电子工程系 课程设计报告 专业班级08级电子信息工程1班 题目基于MATLAB的数字带通滤波器 学号 学生姓名 指导教师 2011 年12 月 西安文理学院机械电子工程系 课程设计任务书 学生姓名_______专业班级________ 学号______ 指导教师______ 职称副教授教研室电子信息工程课程数字信号处理题目 基于MATLAB 的数字带通滤波器设计任务与要求 设计任务:

要求设计一个IIR 带通滤波器,其中通带的中心频率为πω5.0=po ,通 带的截止频率πω4.01=p ,πω6.02=p ,通带最大衰减dB p 3=α;阻带最小 衰减dB s 15=α,阻带截止频率πω3.01=s ,πω7.02=s 。 设计要求: 1. 根据设计任务要求给出实现方案及实现过程。 2. 给出所实现的滤波器幅频特性及相频特性曲线并加以分析。 3. 论文要求思路清晰,结构合理,语言流畅,书写格式符合要求。 开始日期2011.12.19 完成日期2011.12.30 2011年12月18 日 一、设计任务 设计一数字带通滤波器,用IIR 来实现,其主要技术指标: 通带边缘频率:wp 1=0.4π,wp2=0.6π 通带最大衰减:Ap=3dB 阻带边缘频率:ws 1=0.3π,ws2=0.7π 阻带最小衰减:As=15dB 设计总体要求:用MATLAB 语言编程进行设计,给出IIR 数字滤波器 的参数,给出幅度和相位响应曲线,对IIR 实现形式和特点等方面进行讨

论。 二、设计方法 IIR 数字滤波器具有无限宽的冲激响应,与模拟滤波器相匹配,所以 IIR 滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。比较常用的原型滤波器有巴特沃什滤波器(Butterworth )、切比雪夫滤波 器(Chebyshev )、椭圆滤波器(Ellipse )和贝塞尔滤波器(Bessel )等。他们有各自的特点,巴特沃什滤波器具有单调下降的幅频特性;切比雪夫 滤波器的幅频特性在通带和阻带里有波动,可以提高选择性;贝塞尔滤波 器通带内有较好的线性相位特性;椭圆滤波器的选择性最好。本设计IIR 数字滤波器采用巴特沃什滤波器[3]。 设计巴特沃什数字滤波器时,首先应根据参数要求设计出相应的模拟 滤波器,其步骤如下: (1)由模拟滤波器的设计指标wp ,ws ,Ap ,As 和式(1)确定滤波器 阶数N 。 )lg(2)110110lg(1.01.0w w s p As Ap N --≥ (1) (2)由式(2)确定wc 。

基于HFSS的滤波器设计流程

滤波器设计流程: 1.确定设计指标要求 2.查阅资料,确定形状 3.建模,仿真 4.优化结果 5.版图,加工,测试 本例设计一个带通滤波器,通过微带线结构实现,工作频率覆盖。选用基板材料为Rogers 4350,其相对介电常数为,厚度为h=0.508mm,金属覆铜厚度h1=0.018mm, 表1 模型初始尺寸 W1=0.8mm L1=7.2mm h=0.508mm

h1=0.018mm S1=0.14mm S2=0.6mm L2=7.1mm W2=1.1mm W0=1.1mm L0=5mm a=6mm b=17mm 设计步骤(以为例) 一开始 (一)建立工程 1.在HFSS窗口中,选择菜单File->New 2.从Project菜单中,选择Insert HFSS Design (二)设计求解模式 1.选择菜单HFSS->Solution Type

2.在Solution Type窗口,选择Driven Modal,点击OK 二建立3D模型 (一)定义单位并输入参数表 1.选择菜单Modeler->Units 2.设置模型单位:mm,点击OK 3.选择菜单栏 HFSS->Design Properties再弹出的窗口中,点ADD添加参量,将上面模型的参数表中的变量全部添加进去,如下图:

(二)创建金属板R1 1.在菜单栏中点击Draw->Box,创建Box1 2.双击模型窗口左侧的Box1,改名为R1,再点击Material 后面按钮,选择Edit,选择Copper,点击确定。 3.双击左侧R1的子目录Createbox,修改金属板大小及厚度。

带通滤波电路设计

带通滤波电路设计一.设计要求 (1)信号通过频率范围 f 在100 Hz至10 kHz之间; (2)滤波电路在 1 kHz 电路的幅频衰减应当在 的幅频响应必须在± 1 kHz 时值的± 3 dB 1 dB 范围内,而在 范围内; 100 Hz至10 kHz滤波 (3)在10 Hz时幅频衰减应为26 dB ,而在100 kHz时幅频衰减应至少为16 dB 。 二.电路组成原理 由图( 1)所示带通滤波电路的幅频响应与高通、低通滤波电路的幅频响应进行比较, 不难发现低通与高通滤波电路相串联如图(2),可以构成带通滤波电路,条件是低通滤波电路的截止角频率 W H大于高通电路的截止角频率 W L,两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。 V I V O 低通高通 图( 1) 1 W H低通截止角频率 R1C1 1 W L高通截止角频率 R2C2 必须满足W L

│A│ O │A│ O │A│ O 低通 W w H 高通 W w L 带通 W W w L H 图( 2) 三.电路方案的选择 参照教材 10.3.3 有源带通滤波电路的设计。这是一个通带频率范围为100HZ-10KHZ的带通滤波电路,在通带内我们设计为单位增益。根据题意,在频率低端f=10HZ 时,幅频响应至少衰减 26dB。在频率高端 f=100KHZ 时,幅频响应要求衰减不小于16dB。因此可以选择一个二阶高通滤波电路的截止频率fH=10KHZ,一个二阶低通滤波电路的fL=100HZ,有源器件仍选择运放 LF142,将这两个滤波电路串联如图所示,就构成了所要求的带通滤波电路。 由教材巴特沃斯低通、高通电路阶数n 与增益的关系知 A vf1 =1.586 ,因此,由两级串联的带通滤波电路的通带电压增益(Avf1 ) 2=( 1.586 )2=2.515, 由于所需要的通带增益为0dB, 因此在低通滤波器输入部分加了一个由电阻R1、 R2组成的分压器。

同轴腔带通滤波器设计

同轴腔带通滤波器设计 叶 晔 摘 要:带通滤波器的应用前景非常的广阔。本课题详细的分析了同轴腔体带通滤波器,腔体之间的耦合系数通过利用响应函数求导,讨论了同轴谐振腔所具有的电磁特性,主要包括谐振频率、具有耦合结构的谐振腔和外部Q 等。应用分析软件即三维全波分析软件,分析了耦合系数、耦合窗与腔体结构参数之间的关系。以这种结合的方法即路和场的仿真、优化相结合,从而分析出了滤波器的耦合和输入输出结构参数。 关键词:滤波器;带通;同轴 Abstract:In this paper, we analyze the coaxial cavity band-pass filter. And we can get the result between different cavity by using the derivative of response function. In addition, we also research the electromagnetic properties of the coaxial resonator which inchudes resonant frequency, coaxial cavity with the coupling structure and extemal Q paremeter. We can use computer software to analyze the coupling result, coupling window and the relationship of the cavity parameters. And we also can simulate and optimize the electromagnetic properties to get the proper result of the filter. Key Words : filter; band-pass; coaxial 1. 引言 由电磁振荡而产生的不同频率的电磁信号始终在我们的周围存在着,而只有特定的装置阻止那些无用的频段选取某些频率,来满足我们对于某些特定频率的需求,滤波器就是能够满足我们这种需求的一种装置。现在微波通信系统和我们现代的生活有着越来越紧密的联系,从民用到军用,应用的较为广泛。作为一个特定的具有选频功能的电磁网络,微波滤波器作为微波系统中的一个重要部分,因此在电子科学技术发展中有着举足轻重的地位[1]。 在现代通信系统中,微波滤波器已经成为发射端和接收端不可缺少的一种器件了,它可以对不同频率的微波信号进行分离,尽可能的让需要的信号无衰减的通过,尽可能大的抑制无用的信号。在对微波滤波器的性能指标上,用户的要求也是越来越高,比如高阻带抑制、低带内插损、大功率等各项指标。而且,因为不断出现的新的材料,新的工艺,以及半导体技术的不断更新与发展,各种新的RF [2]模块不断出现,使得技术开发人员不断缩短对毫米波RF 有源电路和微波的研究周期,而且体积不断小,电路的集成度也越来越高。因此,目前毫米波、微波通信领域中,设计出集成度高、体积小、功率大、性能高的无源器件是工程师不断研究和探索微波滤波器的方向与目标,而同轴腔带通滤波器的出现满足了毫米波、微波通信领域通信技术快速发展的需求,其具有高的品质因素、插入损耗比较低、具有高的稳定性能。因此,带通滤波器的应用前景非常的广阔。本课题通过详细分析同轴腔体带通滤波器,以及利用响应函数求到腔体之间的耦合系数,讨论分析了同轴谐振腔所具有的电磁特性,最后分析出了滤波器的耦合和输入输出结构参数。 2. 微波滤波器参数 1)带宽:通带的3dB 带宽; 2)中心频率:c f 或0f ; 3)截止频率:下降沿3dB 点频率; 4)插入损耗:当滤波器与设计要求的负载连接,通带中心衰减; 5)带内波纹绝对衰减:阻带中最大衰减(dB ); 6)品质因数Q :中心频率与3dB 带宽之比; 7)反射损耗。 3. 同轴腔带通滤波器的设计 3.1 滤波器的设计步骤 1)确定滤波器的类型以及实现方式 首先根据技术指标的要求,来确定滤波器的类型以及其实现的方式,其中包括带通、高通、低通或是带阻的确定,需要使用哪种逼近函数模型,以及实现的形式(在这里实现的形式可以选择用同轴线、波导或是用微带线等来实现)。 2)确定滤波器的阶数 确定滤波器的阶数,需要依据逼近函数模型以及技术指标要求。阶数主要取决于所选择的衰减逼近函数以及模型带外抑制、带内插损,即元件数n 是由衰减特性曲线所决定的,可以通过查表或者通过一些公式计算得到。 3)通过查表得到低通滤波器原型的各元件值 低通滤波器原型可以通过函数转换得到带通、高通、带阻滤波器的各元件值。 4)使用电路仿真软件进行仿真 优化电路中各元件的值可以使用电路仿真软件进行仿真。 5)使用场仿真软件仿真 一般会使用场仿真软件来确定课题的最终设计,因为场仿真与实际相差比较小。 3.2 滤波器的设计方法 1 、镜像参数法 镜像参数法是人们一向用来设计滤波器的经典办法,其是以滤波网络的内在特性为根据,这种经典方法的特别之处是,变换器损耗的特性可以根据滤波网络的具体电路,用分析的方法推算出来,然后再将这些滤波网络的具体电路拼凑起来,使得所需要的技术要求能用总的LA 特性来满足。而用经典的方法所设计出来的滤波器一般是m 式滤波器、K 式滤波器等,经典方法

带通滤波器设计步骤

带通滤波器设计步骤 1、根据需求选择合适的低通滤波器原型 2、把带通滤波器带宽作为低通滤波器的截止频率,根据抑制点的频率距离带通滤波器中心频点距离的两倍作为需要抑制的频率,换算抑制频率与截止频率的比值,得出m 的值,然后根据m 值选择低通滤波器的原型参数值。 滤波器的时域特性 任何信号通过滤波器都会产生时延。Bessel filter 是特殊的滤波器在于对于通带内的所有频率而言,引入的时延都是恒定的。这就意味着相对于输入,输出信号的相位变化与工作的频率是成比例的。而其他类型的滤波器(如Butterworth, Chebyshev,inverse Chebyshev,and Causer )在输出信号中引入的相位变化与频率不成比例。相位随频率变化的速率称之为群延迟(group delay )。群延迟随滤波器级数的增加而增加。 模拟滤波器的归一化 归一化的滤波器是通带截止频率为w=1radian/s, 也就是1/2πHz 或约0.159Hz 。这主要是因为电抗元件在1弧度的时候,描述比较简单,XL=L, XC=1/C ,计算也可以大大简化。归一化的无源滤波器的特征阻抗为1欧姆。归一化的理由就是简化计算。 Bessel filter 特征:通带平坦,阻带具有微小的起伏。阻带的衰减相对缓慢,直到原理截止频率高次谐波点的地方。原理截止频率点的衰减具有的经验公式为n*6dB/octave ,其中,n 表示滤波器的阶数,octave 表示是频率的加倍。例如,3阶滤波器,将有18dB/octave 的衰减变化。正是由于在截止频率的缓慢变化,使得它有较好的时域响应。 Bessel 响应的本质截止频率是在与能够给出1s 延迟的点,这个点依赖于滤波器的阶数。 逆切比雪夫LPF 原型参数计算公式(Inverse Chebyshev filter parameters calculate equiations ) ) (cosh )(cosh 11Ω=--Cn n 其中 1101.0-=A Cn , A 为抑制频率点的衰减值,以dB 为单位;Ω为抑制频率与截止频率的比值 例:假设LPF 的3dB 截止频率为10Hz,在15Hz 的频点需要抑制20dB,则有: 95.91020*1.0==Cn ;Ω=15/10=1.5 1.39624.0988.2) 5.1(cosh )95.9(cosh 11===--n ,因此,滤波器的阶数至少应该为4

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