(整理)带通滤波器的设计步骤0001

1、精品文档带通滤波器设计流程滤波器是具有频率选择性的双端口器件。由于谐振器的频率选择性,所以规定的频率信号能够通过器件，而规定频率信号以外的能量被反射， 从而实现频率选择的功能。滤波器从物理结构上，就是由一些不同的单个谐振器按相应的耦合系 数组合而成，最后达到规定频率的信号从输出端通过的目的。1. 滤波器技术指标1.1工作频率范围：1060MH 100MHz1.2插入损耗：0.5dB max1.3驻波比：1.2 max1.4带外抑制：20dBf 200MHz35dBf 300MHz60dBf 500MHz1.5寄生通带：f 3500MHz以上，对衰减不作要1.6工作温度：-55 Cto+85C1

2、.7最大输入脉冲功率：400W最大输入平均功率：20W2. 滤波器设计原理端口 2图1滤波器原理图3. 滤波器结构选择3.1物理结构选择根据以上技术指标选择 腔体交指型带通滤波器，主要的原因是因为它有着良好的带通滤波特性，而且它结构紧凑、结实；且容易制造；谐振杆的长度近似约为入/ 4（波长），故第二通带在3倍fo上，其间不会有寄 生响应。它用较粗谐振杆作自行支撑而不用介质，谐振杆做成圆杆，还可 用集总电容加载的方法来减小体积和增加电场强度，而且它适用于各种带 宽和各种精度的设计。3.2电路结构的选择根据以上技术指标选择 交指点接触形式，主要的原因是它的谐振杆的 一端是开路，一端是短路（即和接地

3、板接连在一起），长约入/ 4 ,载TE M （电磁波）模，杆1到杆n都用作谐振器，同时杆1和杆n也起着阻抗变 换作用。4. 电路仿真设计如图2模型选择。采用An soft公司的Serenade设计，根据具体的技术指标、体积要求和功率容量的考虑，此滤波器采用腔体交指滤波器类型,使用切比雪夫原型来设计，用圆杆结构的物理方式来实现。Filter TypeDesi pi MethodTeclmoloo|rCombiTapped Transform erCombiCap Loaded Edge Coupled Half WaveHtir Fin FilterButterworth Prototyps E

4、iiter GValues Enter KQ-ValuesIdealBarStriplingMicrostripXBand Pass FillInter di gi tal OpenInter di gi tal; Shorted Coaxi al TubuL&rLumped Laddor匡一下一步11取消|帮助1图2模型选择如图3滤波器综合指标选择。根据具体的技术指标，填入相对应的框里，根据软件与实际的误差，0.2dB带宽放至25%。电长度计算公式：1Hz= X /4 = 90、入=3x108 1GHz=75mm=90Order 5tipple QB) |0 035Terminati onS

5、ingle Endec工 nputOutput厂 Equal InduetoiEstimate Ordert上一步）I下一步班）l取梢 I帮助I精品文档图3滤波器综合指标如图4矩形系数选择。选取技术指标中要求最高的一个带外抑制 点，必须保证留够8dB的余量XOrder (5Ripple (dB) |0.035OK | C&nZL | Help图4矩形系数选择如图5比例因子选择。选定比例因的原则是：一是使各谐振器的阻抗 水平适当，间隙适中，二是使谐振器的 Q值最佳，一般选特性阻抗为73欧 左右时Q值最高，其次在规定的体积范围内，尽量把体积宽度加大，以提 高腔体的Q值，从而减小其插入损耗；在宽度方

6、向也尽量加宽，以提高谐 振杆的电长度，这样以免调谐螺钉电容加载太强，影响Q值和产品的功率容量。mensionsAll lengths inRedGround plane：Max electric Rod distance to Min distance toEqual rodi上1步I下1步g）取消 I _ 帮助图5比例因子选择如图6综合尺寸。根据下图得出相应的物理尺寸5ynthesis一 Dimensions IDi eEile EditSynthes izeTransforni Circuit|gs|s| nlAlrll a；l占I 33 Ibq皤|噩部Fret1 = 1060.000MH

7、；Interdigital, Tapped Round ResonatorsMechanical Dimensions in millimetersGround Plane Spacing= 12 Unloaded690 97Er- 1 Eef = 1 Resonator Length =37.95InputTap Location = 15.75 Output Tap Location = 15.75D iameterGapCritr-CntfErrCode(1453.0410.290| 2l4.54.2786.77803455.3449.84404455.3449.S440| 54.54.

8、2786.77806 3.0410 290图6综合尺寸图7史密斯圆图03/2/06Atisoft Corporal ion - Filler Synthesis 8.710:51:07-2Q0.00400.00-600,00-B00.0012.010.00UHSLI】 gJQu drw.luiOOGO.Filtl_QX1 = 0.96GHzY1-22121degX2= 1.16GHz 2- -566B62degX3= 0.96GHzY3- 5.65n$ecX4= 1.16GHzY4s 5 95nsec图8相位、延时图03/28/06Ansoft Corporation - Filter Syn

9、thesis 8J11:08:250.00-20.00-mpj 询诃o-l Lurumo:80.00-J 40 J0-eotaH-e-60.00-X1= 0.96GHzX2= 1,15GHzX3= 0.96GHZX4= 116GHzX5= 1.26GHzY1- -Q.20Y2= -0.04Y3= 14.98Y4= -25.70Y5= -22 66图9传输、反射图电路设计完成后，记录物理尺寸，进行三维仿真5. 三维仿真设计采用An soft公司的电磁场仿真软件 HFSS5.1进入项目管理器打开An soft HFSS，（麦克斯韦）Maxwell控制面板。将出现如下图所示的窗 口。5.2工程目录在

10、使用An soft HFSS求解时，第一步就是要创建一个目录和项目，用于存储与问题相关的数据。在（麦克斯韦）Maxwell控制面板中打开工程目录（Projects ） 将出现如下图所示的窗口匚uccent Directory:dl; /aiiaortZuswwell/clerau丄匸Project Dlrec匸口工丫;：detaultPrejectsPro eet;CEeated By:Type：广 Haelel C* Nace；Project Dlceetetilesdefault口 eh.Size.Save naceRecovee.Ex 115.3添加新项目执行命令菜单左上部的工程目录（P

11、rojects）块,选择新的项目（New）。如 下图所示的窗口。n&in巳(2J11如皀：Type:Created By：Cancel疋 Open project upon creationHelp在姓名栏（Name）里输入新的项目名字。确定后将出现如下图所示的 窗口。注：只能用字母。CtmveigenceProfileEjiecutive loanari垃mHX AllSoluicinn H-oniiDtiiig2inR-r r -i nn A fl 75rr.rii7F -i jti h 口PH in:n F 1- PriT nnF r f- -i nn5.4 选择本征模软件从软件菜单里选

12、择 本征模解 (Eigenmode Solution )最初，( 激励解 Driven Solution 显示为可选项。)5.4.1 激励解选择激励解(Driven Solution)是为了使用基于软件的有限元法去求解源 激励的机构。Ansoft HFSS计算了无源高频结构的S参数，如微带线、传输 线。软件包括后处理命令 , 这个命令是用于具体分析结构的电磁场特性。使用 激励解 (Driven Solution )，可以计算：基本的电磁场量， 对于开放边界而言， 还可以计算辐射近场和远 场。特性端口阻抗和传播常数。一般S参数和相对于具体端口阻抗归一化的S参数。5.4.2 本征模解选择本征模解

13、(Eigenmode Solution )用于计算某一结构的本征模或谐振。本征模解可以找出结构的谐振频率以及谐振点的场值。 Ansoft HFSS 本征模 软件可以求出无耗和有耗结构的本征模，可以计算出腔的无载 Q 值。 Q 是一个性能参数，是反映系统能量损耗的尺度。无载 Q 是由于有耗材料 引起的。因为端口和源均被限制为本征模问题，因此 Q 的计算不包括由 源引起的损耗。下列限制不适用于本征值求解：端口 电压 电流 磁偏置 辐射5.5 三维建模执行命令菜单上部选择绘制菜单( Draw )。三维模拟窗口出现。如下图所示蟲-|Q| xFile Edit View oordi nates Line

14、s Surfaces ids Arrange Qtt ions SJJi叽 do 刃e Ip E.lugIns 习回回 囤亟|叵回13闻两帀画亟園匣|UAnsciEx HF55 Version .0.25 Copyrigiit 1984-2001 Ansaf t CaiporatiDn执行命令Ctrl+F3,调入宏命令出现如下图所示-n|x|Jo Li ds irr-angcsas叵H目习IWPI砲回冈切叵匝画画11UBELOW TEXT! Assign kh -28 ExpAssign kh kh Assign z 12 ExpAssign z z Assign h1 -16 ExpAssi

15、gn h1 h1 Assign h3 -14 ExpAssign h3 h3 Assign r1 2.25 ExpAssign r1 r1 Assign r2 1.75 Assign r3 1 Assign s1 3.83 ExpAssign s1 s1 Assign s2 5.3ExpAssign s2 s2Assign bj 5ExpAssign bj bjAssign c 2ExpAssign c cAssign d 40ExpAssign d dAssign ch 20ExpEval h=d-cAssign h ExpEval h编辑宏命令程序，把Seren ade综合出来的物理尺寸输

16、入宏命令程序。如下 图所示# BEGIN: LINES ADDED BY MACRO EDITOR. DO NOT EDIT THE谐振器内孔深度内腔厚度首级末级调谐器深度中间几级调谐器深度谐振器外圆直径谐振器内圆直径调谐器直径第一谐振器和第二谐振器中间耦合距离，对称第二谐振器和第三谐振器中间耦合距离，对称第一谐振器距离腔体内腔边缘距离谐振器距离腔体内腔高度距离内腔高度耦合探针在谐振器上的高度以下均是宏命令自动记录值。固定值ExpEval z1=z/2Assign z1 ExpEval z1ExpEval yy1=5+bjAssign yy1 ExpEval yy1ExpEval yy2=-y

17、y1Assign yy2 ExpEval yy2ExpEval hh=-h Assign hh ExpEval hh ExpEval y1=bj+r1 Assign y1 ExpEval y1 ExpEval y2=y1+s1+2*r1 Assign y2 ExpEval y2 ExpEval y3=y2+s2+2*r1 Assign y3 ExpEval y3ExpEval y4=y3+s2+2*r1Assign y4 ExpEval y4ExpEval y5=y4+s1+2*r1Assign y5 ExpEval y5ExpEval a=y5+r1+bjAssign a ExpEval a

18、ExpEval kkh=-khAssign kkh ExpEval kkhExpEval h4=h1Assign h4 ExpEval h4ExpEval h2=-h3Assign h2 ExpEval h2ExpEval a1=a+4Assign a1 ExpEval a1# END: LINES ADDED BY MACRO EDITOR. DO NOT EDIT THE ABOVE TEXT!# Version 1NewObjColor 192 192 192Box 0, 0, 0 z a d box2NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y1 0 2 r

19、1 h cyl5 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y1) Add(Mul(r1 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y2 d 2 r1 hh cyl6 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y2) Add(Mul(r1 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y3 0 2 r1 h cyl7 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y3) Add(Mul(r1 0) 0)NewObj

20、Color 192 192 192Cyl Pos3 z1 y4 d 2 r1 hh cyl8 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y4) Add(Mul(r1 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y5 0 2 r1 h cyl9 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y5) Add(Mul(r1 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y1 h 2 r2 kh cyl10 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) A

21、dd(Mul(r2 0) y1) Add(Mul(r2 0) h)FitAllNewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y2 c 2 r2 kkh cyl11 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) Add(Mul(r2 0) y2) Add(Mul(r2 0) c)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y3 h 2 r2 kh cyl12 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) Add(Mul(r2 0)y3) Add(Mul(r2 0) h)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z

22、1 y4 c 2 r2 kkh cyl13 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) Add(Mul(r2 0) y4) Add(Mul(r2 0) c)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y5 h 2 r2 kh cyl14 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) Add(Mul(r2 0) y5) Add(Mul(r2 0) h)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y1 d 2 r3 h1 cyl15 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y1) Add(Mu

23、l(r3 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y2 0 2 r3 h2 cyl16 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y2) Add(Mul(r3 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y3 d 2 r3 h3 cyl17 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y3) Add(Mul(r3 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y4 0 2 r3 h2 cyl18 12 Pos3

24、Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y4) Add(Mul(r3 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y5 d 2 r3 h4 cyl19 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y5) Add(Mul(r3 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 -4 ch 1 0.625 yy1 cyl20 12 Pos3 Add(Mul(0.625 1) z1) -4 Add(Mul(0.625 0) ch)NewObjColor 192 192 192

25、Cyl Pos3 z1 -4 ch 1 2.045 5 cyl21 12 Pos3 Add(Mul(2.045 1) z1) -4 Add(Mul(2.045 0) ch)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 a1 ch 1 0.625 yy2 cyl22 12 Pos3 Add(Mul(0.625 1) z1) Add(Mul(0.625 0) a1) Add(Mul(0.625 0) ch)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 a1 ch 1 2.045 -5 cyl23 12 Pos3 Add(Mul(2.045 1) z1

26、) Add(Mul(2.045 0) a1) Add(Mul(2.045 0) ch)Subtract cyl11 cyl10 cyl12 cyl13 cyl14 cyl5 cyl6 cyl7 cyl8 cyl9 Undo 1Subtract cyl5 cyl6 cyl7 cyl8 cyl9 cyl10 cyl11 cyl12 cyl13 cyl14 Unite box2 cyl23 cyl21 Unite cyl22 cyl9 Unite cyl20 cyl5 Subtract box2 cyl6 cyl7 cyl8 cyl15 cyl16 cyl17 cyl18 cyl19 cyl20 c

27、yl22 Select +box2 执行使用宏命令菜单(User),调入编辑好的宏命令。如下图所示Abr cmidgtioirs Window He Ip Plug - In gR IM 凰回圧1311Eilu Edit View inates Lincs Syjfaces q1 回亟亟赳 叵回iCNgWI画F x |iz17 Y lei-厂 Z |SdP.ad hl P 7612260356422伽Io-Snap Tas P VeEtes p Dzld 厂 Ortuer H.Jnlxl退出三维模拟器：选择退出菜单(Exit )。出现一个窗口，提示你存储 几何模型并核查模型。选择Ye&出现一个

28、进程条显示当系统在核查模型 中不存在重叠物体时，系统的进程。现在返回到执行命令窗口，准备设置材料。5.6设置材料为了彻底设置本征模问题，必须对几何模型中的每一个三维物体都要 进行材料设置。启动材料管理器：选择设置材料(Setup Materianls)，则出现如下 图所示的材料设置(Material Setup )窗口。e Single Select厂 Multiple Selectt- +Deselect AllObjectSlvln MaterialDeliaitlotiaicExtemallack)aluxinB_92pDtEstemallack)且 liiiinB_96pctExter

29、n-ilLack)且 luxinuKiExtern：ilLack)aliixin-im_ECExternalLdck)aliixinim_nD2_EC ExternalLack)ExternalLack)beiizDcyclpbuten ExternalLcfc)dMaterialKam i al PropeitiesBeriv.啊 eouRel. PeLultcivlxy CEpst(otilltisec HececlalP.el.(nu|Ctmauctivitysite. Loss TanKeg. Loss Tanjl&jQtns/jQeiiiVecsi-tm 8.0.25Capycigt

30、it 19B3-200L Ansoft Carpa cationAnaaf t NFS 5设置腔体盒子（box2）为空气把腔体盒子（box）设置为空气特性。设置腔体盒子（box）为空气：1. 在物体菜单（Object）列表中选择box。物体变亮表明它被选中。2. 使用滚动条在材料（Material）列表中选择空气（air）。选择赋值（Assign）。腔体盒子（box）被设置材料，接着它的名字将出现 在物体菜单（Object）列表中的材料（Material ）下。如下图所示金 Single Select* Multiple SelectDeselect Allohecc5 Win Bsre-tl

31、alSolve InsideSolve Sue EaceKatjsnalDefimtiOKExgnaJl 伽uk|Efqki In8Luiina32pcT： EKretnal (Look aLwiaa_Mpct ExteEnal (Lock QliuinuKExt&EEul(Lockalia.lniLta_IC Etettial Lode 81iiLimni_njo2_EC EKre-tnal (Lack bakeliteEKtecMl(Lockb&hsaey亡的i Ejcte-hsl (LockHatciial ProptEtiesFit AllVisibil itYr r Fenderac

32、ufua.r PecCcGt Conductais JZilJCitZDPlC nCEL81r ninefir EaizetiaiaitEeiw/ueDEiFunctionsr.,沁ofx Eif$ecalon E弟 CqpytigfaG 158-2001 Ajoc CorpcEation退出材料管理器：1. 选择退出菜单(Exit)。你将被提示存储材料设置。2. 选择Yes。材料设置信息被存储。你将返回执行命令窗口，可以看到，设置材料(Setup Materia nls) 旁出现一个对号，表明所有的物体都已经被成功的设置了材料特性。5.7设置边界打开三维边界管理器选择设置边界菜单(Setup

33、 Boundaries/SourceS，就会出现三维边界设置管理器(3D Boundary/Source Manage)窗口。如下图所示H g EJr Qhecr-宿F出帕厂 Enundar jKaaeAgglfluedQptiiHU Coordinates Model WindPottMessttge file nptExt ot呂吕苦口电 1034 口口匕 mailablein tile d:/anacCt/bf3sB/erior/lm3d.errw.Gcaphial Pi,drB 3口uxee 广 EDund-iEVB0ni34Ey/3a 肛 e:Ku=： |pDEt3AnsoCc HT35 Vetaion S.C.Z5 CouyEltftiT； 19B4-Z001 AJisoIt Cocjicitarion选定一端口面后，执行赋值（Assign）命令。则出现如下图所示。二端 口赋值同上。ModelAbs.皿f x HP 5P 岂 |H6Rad. RT55HH555E5HAug so-Snap Tas 两 VertexP Grid厂 0aer.Graphic Bl Pick厂 Object荷 raceL Boundarvr* Source 厂 BaundaLPoetMane： (pair t：2BDUldl