带通滤波器的设计步骤

1、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: 1060MHz±100MHz1.2插入损耗： 0.5dB max1.3驻波比: 1.2 max1.4带外抑制： 20dBf0±200MHz35dBf0±300MHz60dBf0±500MHz1.5寄生通带： f3500MHz以上，对衰减不

2、作要求1.6工作温度: -55°Cto+85°C1.7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1端口2谐振器1谐振器2谐振器5 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/（波长）0，故第二通带在倍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

3、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（即和接地板接连在一起），长约/0，载(电磁波)模，杆到杆n都用作谐振器，同时杆和杆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。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/490°、3x108 1GHz=75mm=90o图3滤波

4、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。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。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。图6综合尺寸图7史密斯圆图图8相位、延时图图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、5.三维仿真设计采用An soft公司的电磁场仿真软件HFSS。5.1进入项目管理器打开Ansoft HFSS，（麦克斯韦）Maxwell控制面板。将出现如下图所示的窗口。5.2工程目录在使用Ansoft 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。5.3添加新项目执行命令菜单左上部的工程目录（Projects）块,选择新的项目（New）。如下图所示的窗口。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。5.4选择本征模软件从软件菜

6、单里选择本征模解(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：l 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。l 特性端口阻抗和传播常数。l 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(Eigen

7、mode 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。如下图所示执行命令Ctrl+F3,调入宏命令出现如下图所示编辑宏命令程序，把Serenade综合出来的物理尺寸输入宏命令程序。如

8、下图所示# BEGIN: LINES ADDED BY MACRO EDITOR. DO NOT EDIT THE BELOW TEXT!Assign kh -28 谐振器内孔深度ExpAssign "kh" khAssign z 12 内腔厚度ExpAssign "z" zAssign h1 -16 首级末级调谐器深度ExpAssign "h1" h1Assign h3 -14 中间几级调谐器深度ExpAssign "h3" h3Assign r1 2.25 谐振器外圆直径ExpAssign "r1&q

9、uot; r1Assign r2 1.75 谐振器内圆直径Assign r3 1 调谐器直径Assign s1 3.83 第一谐振器和第二谐振器中间耦合距离，对称ExpAssign "s1" s1Assign s2 5.3 第二谐振器和第三谐振器中间耦合距离，对称ExpAssign "s2" s2Assign bj 5 第一谐振器距离腔体内腔边缘距离ExpAssign "bj" bjAssign c 2 谐振器距离腔体内腔高度距离ExpAssign "c" cAssign d 40 内腔高度ExpAssign &q

10、uot;d" dAssign ch 20 耦合探针在谐振器上的高度ExpEval "h=d-c"Assign h ExpEval "h" 以下均是宏命令自动记录值。固定值ExpEval "z1=z/2"Assign z1 ExpEval "z1"ExpEval "yy1=5+bj"Assign yy1 ExpEval "yy1"ExpEval "yy2=-yy1"Assign yy2 ExpEval "yy2"ExpEval

11、"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 "y3"ExpEval "y4=y3+s2+2*r1"Assign y4 ExpEval "y4&q

12、uot;ExpEval "y5=y4+s1+2*r1"Assign y5 ExpEval "y5"ExpEval "a=y5+r1+bj"Assign a ExpEval "a"ExpEval "kkh=-kh"Assign kkh ExpEval "kkh"ExpEval "h4=h1"Assign h4 ExpEval "h4"ExpEval "h2=-h3"Assign h2 ExpEval "h2&

13、quot;ExpEval "a1=a+4"Assign 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 "box2"NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y1 0 2 r1 h "cyl5" 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y1

14、) 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)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z

15、1 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

16、 1) z1) Add(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

17、)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 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 h

18、1 "cyl15" 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y1) Add(Mul(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) Ad

19、d(Mul(r3 0) y3) Add(Mul(r3 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y4 0 2 r3 h2 "cyl18" 12 Pos3 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

20、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 192Cyl 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" 1

21、2 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) Add(Mul(2.045 0) a1) Add(Mul(2.045 0) ch)Subtract "cyl11" "cyl10" "cyl12" "cyl13" "cyl1

22、4" "cyl5" "cyl6" "cyl7" "cyl8" "cyl9" Undo 1Subtract "cyl5" "cyl6" "cyl7" "cyl8" "cyl9" "cyl10" "cyl11" "cyl12" "cyl13" "cyl14" Unite "box2&

23、quot; "cyl23" "cyl21" Unite "cyl22" "cyl9" Unite "cyl20" "cyl5" Subtract "box2" "cyl6" "cyl7" "cyl8" "cyl15" "cyl16" "cyl17" "cyl18" "cyl19" "cyl

24、20" "cyl22" 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 Yes。出现一个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。Ø 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。Ø 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）。Ø 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Ø 退