《切比雪夫滤波器在雷达信号处理中的应用探索》11000字（论文）

切比雪夫滤波器在雷达信号处理中的应用探索摘要近年来，为了满足无线通信对滤波器越来越高的性能要求，使得滤波器需要有尺寸小、选择性高、插入损耗低、通带内延迟响应平坦和足够大的通带外衰减。滤波器作为一种二端口网络,具有特定的频率选择特性,即让某些频率的信号顺利通过,而对另外一些频率的信号加以阻隔和衰减。目前在雷达、广播、无线通信等领域,多频率工作越来越普遍,对分隔频率的要求也相应地提高了。因此,滤波器在这些领域被广泛运用,是微波,毫米波系统中不可缺少的器件,其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的质量。为了满足以上要求，我们通常选择滤波器类型为切比雪夫滤波器。切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动。由于切比雪夫滤波器可以将传输零点设置在阻带内任意位置，因此可以灵活地调节滤波器的带外抑制，同时还能提高矩形系数。我们还可以通过特定的交叉耦合，使其实现复数传输零点，改善带内时延特性，减少信号的畸变。本毕业设计主要研究宽带切比雪夫滤波器的设计方法，再通过对低通、带通切比雪夫滤波器的实际设计来验证方法的可行性。关键词：切比雪夫滤波器；低通滤波器；带通滤波器；目录TOC\o"1-3"\h\u235541绪论 1216491.1选题依据和意义 121451.2切比雪夫滤波器概念 1152091.3国内外研究动态 25342概述 5279532.1低通滤波器概述 549072.1.1N阶低通滤波器原型 5156922.1.2切比雪夫低通滤波器原型 5135532.2带通滤波器设计概述 9197962.3研发方向和技术关键 1086753电路设计 12143393.1低通切比雪夫滤波器电路设计 12131633.2带通切比雪夫滤波器电路设计 18236214制作与调试 22213024.1硬件电路 2245715结论 247238参考文献 2625066附录 271绪论1.1选题依据和意义滤波器的选频特性使其应用于当今许多场合。目前，在通信领域，对多频工作的需求越来越普遍，对分离频率也有一定的要求。滤波器在这些领域中有着广泛的应用，并占据着相对重要的地位，其设计性能将直接影响整个通信系统的质量。理想的线性相滤波响应主要有四个振幅近似：他们是巴特沃斯，切比舍夫，反切比舍夫和椭圆形过滤器（刘思远,陈雅琳,2022)。其中，巴特沃思和切比舍夫过滤器最常用于过滤器合成设计，因为其具有明确的解决方案和各种便利的设计表。有许多应用程序中，过滤器的阶段与量级响应的选择性同样重要。专注于过滤器阶段的一个标准低通过滤器是贝塞尔-汤姆森类型。贝塞尔-汤姆森过滤器在输入频率谱中提供恒定的传播延迟。然而，这在一定范围内体现了与巴特沃斯和切比舍夫类型相比，震级响应的选择性要小得多。由于手机和电脑的普及应用，我们的通信系统也在飞速发展，相应地，频段拥挤成为了趋势。因此，我们对滤波器的性能要求也越来越高。目前，我们所需要的滤波器不仅要满足小尺寸、高选择性和低损耗的要求，而且还要满足通带内群时延响应平滑和通带外衰减充分的要求(王浩然,孙锦鸿,2023)。传统的过滤机已经很难满足这些要求，普通结构的过滤机只能继续增加阶数来满足，但是生产出来的过滤机的重量和体积都会很大，无法满足今天的需要。所以一般情况下，我们会选择使用广义切比雪夫滤波器来满足无线通信的需要。切比雪夫滤波器的\t"/item/%E5%B9%BF%E4%B9%89%E5%88%87%E6%AF%94%E9%9B%AA%E5%A4%AB%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8/_blank"传输零点可以穿插在\t"/item/%E5%B9%BF%E4%B9%89%E5%88%87%E6%AF%94%E9%9B%AA%E5%A4%AB%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8/_blank"阻带内的任何区域，可以更加灵活地对滤波器的带外抑制度进行调节。不需要像传统滤波器一样通过增加滤波器阶数来提高通道的选择性。一般来说，一般切比雪夫滤波器具有有限的传输零点，使过滤器具有较窄的过渡带，确定停止带中的波纹响应，因此在交叉耦合滤波器的设计中得到了广泛的应用。但是，没有简单的关系来计算一般的切比雪夫滤波器，因为传输零点可以任意放置(张雅慧,李泽宇,2021)。总之，与传统滤波器相比，从这些观察中得出切比雪夫滤波器体积更小、效率更高、带外抑制效果更好、矩形系数更高、设计更灵活。其研究在传播领域具有不可或缺的意义。本课题的首先需要了解宽带切比雪夫滤波器的基本概念以及模型，复习滤波器的内部结构，查阅国内外期刊文献，学习领域内前辈所提出的设计思路和方法，理解广义切比雪夫滤波器的综合过程，并使用ADS设计一个带宽范围1GHz的宽带切比雪夫滤波器，最后仿真分析各元件参数变化时对频率特性的影响。1.3国内外研究动态1972年A.E.Atia研发交叉耦合结构滤波器时，首先发现并总结切比雪夫滤波器电路模型。除此之外，耦合矩阵的概念也同时被提出，用余数法将多项式综合到耦合矩阵中的综合方法随之而来。根据A.E.Atia的研究成果，R.J.Cameron首先发现并且提出了特殊类型拓扑滤波器的消元方法；S.Tamiazzo和G.Macchiarella提出CT、CQ拓扑结构消元方法；H.C.Bell提出轮型结构消元方法；S.Tamiazzo给出以轮型为基础的移项消元，消元方法的多样性使得滤波器的设计灵活且方便。在我国，强锐等人采用遗传算法和溶剂算法求解耦合矩阵(高志明,周怡萱,2021)。利用现有的数学优化算法对耦合矩阵进行优化，虽然该方法理论简单，优化方法多样，但其精度和速度都不是很理想。2010年，研究了切比雪夫一般耦合谐振器滤波器与频率变异复杂负载相结合的方法频率分频多路复用（FDM）是信道部门通信系统中最受欢迎的架构。要实现FDM系统，过滤器始终与多重或T形结集成，通过这些事实我们可以看到以形成多路复用器和二重奏器。设计这种FDM系统最实用的技术始于滤光电路模型的合成，滤光电路模型在多路复用器或二聚苯二甲星含量上的电性能符合设计要求(龚立超,黄星杰,2022)。这种滤波器合成在很大程度上仍依赖于基于人类经验的非线性优化和手动调整。结论与预测的一致性为实际应用奠定了理论基础，显示了基于这些理论开发的技术或策略是高度可行且有效的。本研究不仅在理论上有贡献，在实践上同样具有重要意义。不过，尽管现有结果令人振奋，本文还需意识到科学研究的多变性和复杂性，持续跟踪后续可能的新情况和挑战，不断改进和完善研究方法。虽然直接合成一般的切比舍夫过滤器是一个简单的过程，但多路复用器或二重奏器的直接合成仍然具有挑战性。多路复用器的大部分设计技术都基于单独终止过滤器的理论[1]。该理论为连续多路复用器的设计提供了一个通用的解决方案(赵云飞,邱玉珊,2020)。使用此理论，过滤器首先设计为单独终止的过滤器，然后进行调整，这在一定程度上折射出以满足有关匹配条件和通道之间交叉的要求2017年，S.A.Jadhav提出微波过滤器通常是两个端口网络，旨在传递或拒绝所需频率的信号。根据具体应用，这些被分类为低通、高通、带停止和带通过滤器。任何过滤器的性能规格包括带宽、插入损耗、波纹、电压立波比（VSWR）等。在所有这些滤波器中，低通滤波器是调制解调器无线微波和卫星通信系统的关键部件之一。具有优秀传频带特性的不受欢迎的频率组件的紧凑尺寸和抑制是任何滤波器设计的主要因素。这在某种程度上表示虽然插入丢失平面或微条纹过滤器是首选其紧凑性和易于制造。实施低通滤波器的一种相对简单的方法是使用非常高和非常低的特性阻抗线的交替部分(马雨薇,罗宗杰,2019)。此类过滤器称为阶梯阻抗过滤器。这些过滤器易于设计，占用的空间更少，并提供更好的停止带特性。于2010年，周邦华与陆彬等人提出基于交叉耦合的广义切比夫雪滤波器才能满足现今的需求，而巴特沃斯滤波器等传统方法已经无法满足。以往的切比雪夫滤波器采用全波3D仿真软件，准确但耗时，这在一定程度上表明无法获得非相邻腔之间的耦合系数。通过在每个共振腔中加入浓缩端口，可以计算每个腔与非相邻腔寄生耦合系数之间的耦合系数，从而更准确地预测滤波器的频率响应(谢雨晨,吴思远,2023)。同年，王利众提出电子通信系统中蕴含的谐波和混叠分量必须使用滤波技术进行抑制。通常我们的设计过程中，是先对低通滤波器进行综合设计，然后将低通滤波器进行相对应的网络变换即可实现带通和高通滤波器。这在一定层面上展现目前简化了的设计过程，我们只需要查找得到归一化的元件值，进行反归一化即可设计出相应低通滤波器。2014年龚作豪与沈君凤提出了一种通带纹波响应、阻带快速衰减的切比雪夫滤波器，用截止频率处最大衰减代替通带纹波(钱一凡,孟欣怡,2022)。波纹越大，截止频率处的衰减越大。设计方案采用切比雪夫模型近似，在此类条件背景下可以推知其潜在影响并在相应的功能模型下计算归一化电路分量参数。然后通过特征阻抗获得相应的电路元件的实际参数。然后使用电路仿真软件Mutisim模拟电路，分析每个组件参数对频率特性的影响。2015年黄小英基于微波网络的综合理论，采用切比雪夫功能设计微波带通滤波器的方法，以近似理想的衰减特性，通过软件模拟初步设计结果。在对仿真结果进行误差分析的基础上，采用极大极小法对相关参数进行优化，以提高带通质量。该设计方法的应用简化了设计过程，大大降低了计算难度，提高了微波滤波器的设计效率(刘芸熙,王志浩,2022)。1.4论文的章节安排本论文一共划分五个章节，各部分的内容如下：第一章是绪论。这一章节主要介绍了项目的选题依据和意义，切比雪夫滤波器的国内外相关研究历程与进展。第二章先是介绍了滤波器的基本原理，主要从滤波器的概念、种类、作用、设计相关理论以及切比雪夫滤波器相关理论入手。这在一定范围内体现了接下来开始叙述常用滤波器原型以及切比雪夫滤波器原型，介绍插入损耗法。最后简单阐述低通以及带通切比雪夫滤波器的设计方法和思路，介绍相应要使用的模型结构。第三章则是说明了整个毕设的电路设计过程，如何一步步地设计切比雪夫低通以及带通滤波器。随后使用ADS仿真软件进行仿真和电路搭建，分析模型中各个参数对滤波器仿真结果的影响。第四章是硬件测试阶段的描述，将测试中遇到的问题罗列起来，并分析最终测试结果。第五章最后回顾整个毕设各个阶段的工作，找出其中的不足，分析改进的方法。2概述2.1滤波器的基本原理2.1.1滤波器的基本概念和分类过滤器可以被认为是一个二端口网络。它允许特定频率范围的信号获得成功,但所有剩余的信号是有限的。滤波器的分类方式大体分为以下几种，如下图2-1所示。图2-1滤波器的分类2.1.2滤波器的作用微波滤波器在实际微波滤波器中有着广泛的应用。例如，滤波器可以用来分离信号和抑制干扰通过信号滤波器可以使信号顺利通过，而其他信号不能顺利通过。过滤器也可以用来输入线路阻抗变换，在现实生活中，当使用电子设备时，我们经常符合实际的负载电阻和不等式的负载电阻(李昊宇,张梓涵,2020)。通过这些数据可见此时，如果它们直接连接在一起，则信号可以反射，不能用于最大传输速率。这些发现为后续的研究方向提供了一定的指导，突出了理论与实证研究相互结合的关键性。本研究表明，构建理论框架时若能充分考虑实际数据和案例的支持，则可大大增强理论的解释力和预测效力。这不仅加深了本文对现有现象的理解，也为未来新情况的出现提供了应对策略。此时，在此时的最大传输速度。此时在源网络负载电阻之间插入网络的实际负载电阻和通常需要转换为所需的载荷电阻(高思婷,周文杰,2021)。在实际寿命中，通常在不等待终端滤波器的情况下将发挥作用，在完全电阻转换的条件下阻抗匹配类似于阻抗转换。当半导体器件和网络一起工作时，电阻负载通常是情况。匹配滤波器可以解决这个问题，从这些观察中得出它可以在带宽中指定将匹配点负载电阻。同时，当带宽不变时，滤波器也有校正设备延迟和校正信号功能。在实例中，例如移动电话的发出系统，发送端具体流程如下:到达IF端口的信号首先经过混频器转换。然后通过级间过滤该设备过滤掉噪声源和其他不需要的信号。它被过滤出来，送到功率放大器，在那里信号被发送强度会增加。这是因为原始信号太小，无法满足传输条件(唐一凡,刘心怡,2022)。最后，它被移交给天线进行传输之前还要经过滤波器再经过滤波器，因为信号经过滤波器放大器虽然放大了信号，但还会引入添加新的噪声和其他不需要的信号。2.1.3滤波器的设计相关理论镜像参数法和插入损耗法是实际科学研究中最常用的设计方法。镜像参数法它通常用于获得滤波器的一些特性，包括输入输出特性、截止频率等。主要步骤是第一步将一些简单的滤波器串联起来，通过这些事实我们可以看到然后通过计算得到一些相应的指标(孙欣怡,陈思博,2023)。插入损耗意味着设计第一然后通过计算将原型滤波器的频率转换成需要设计的滤波器，再将原型滤波器的频率转换成需要设计的滤波器原型滤波器的电路形式和元件值进行相应的转换，最终逐步得到所需的滤波器电路模型。镜像参数法在比较中有一个明显的缺点，就是用这种方法设计滤波器时，这明显表露出只能应用于特定的滤波器变换的频率并不包括所有的频率，所以在实际应用中这种方法并不常用。所以本文中主要采用的是插入损耗法(许晨曦,韩博文,2022)。用插入损耗法来设计低通滤波器的原型，常用的分为三种：第一种为Butterworth低通滤波器，如果通带滤波器中的插入损耗随着频率的变化是最平坦的，则波过滤器称为Butterworth滤波器，也称为最大滤波器。在通带中的Badworth滤波器中没有波纹，并且桶中的Badworth滤波器的衰减随着频率的上升而增加(张思雨,邹健宇,2021)。Badworth过滤器的特点是频率响应曲线尽可能平坦的通带，没有波动，逐渐落入零带中。地图上的波形振幅的对数的角度，这在一定程度上折射出从一个特定的角频率,振幅逐渐减小随着角频率的增加,和往往是负面的。一阶巴特沃斯滤波器的衰减率分别为6dB和20dB。二阶巴特沃斯滤波器的衰减12dB，三阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每八度18dB，等等。巴特沃斯滤波器幅度相对单调下降的角频率，是唯一一个以任意顺序相对角频率和振幅曲线的形状是相同的过滤器(赵心怡,李明泽,2022)。这在某种程度上表示高阶，但过滤阻力与振幅衰减越快。其他的高阶滤波器的角频率和低振幅角频率有不同的形状。第二种为椭圆函数低通滤波器，压扁的响应和等效压波形响应单调上升地带。在某些应用程序中，您需要设置一个最小桶衰减，在这种情况下，一个更好的截止，这在一定程度上表明这种类型的过滤器被称为一个椭圆函数滤波器。椭圆函数滤波器有平等的波纹响应在通频带和地带(王俊凯,高宇和,2022)。几年前，由于多层结构技术的快速发展，科学家们使用多层介质更多的结构来实现椭圆滤波器。2.1.4切比雪夫滤波器相关理论射频电路中的许多有源和无源元件无法获得准确的频率特性，因此在设计射频系统时通常会加入滤波器，这在一定层面上展现滤波器可以精确地达到预定的频率特性。滤波器是一个两端口网络，它允许所需频率的信号以尽可能少的衰减通过，同时极大地衰减不所需频率的信号。插入损耗法和镜参数法都可以用于滤波器的设计，但是目前大多数滤波器都是使用插入损耗法设计的，因为插入损耗法可以获得完整的频率响应。本章采用插入损耗法设计滤波器(林俊杰,黄雅洁,2023)。在此类条件背景下可以推知其潜在影响当频率不高时，滤波器可能由集总元件的电感和电容组成。但是，当频率高于500mhz时，电路寄生参数的影响不容忽视，滤波器通常由分布参数元件组成。采用插入损耗法设计滤波器，得到集总元件滤波电路。当频率高时，需要将集总元件滤波电路转换为分布参数电路。滤波器是一种频率选择设备，它允许信号特定的频率分量通过并大大衰减其他频率分量。使用滤波器的频率选择功能可以消除干扰噪声或进行频谱分析(王睿智,陈晨宇,2022)。换句话说，任何能够通过信号特定频率分量并显着衰减或抑制其他频率分量的设备或系统都称为滤波器。过滤器是一种超滤装置。“波浪”是一个非常广泛的物理概念。在电子技术领域，“波”的狭义定义是描述各种物理量随时间波动的过程。这个过程通过各种传感器的作用转化为电压或电流的时间函数。这些传感器被称为时间波形或不同物理量的信号。由于自变量时间是连续的，因此称为连续时间信号，通常也称为模拟信号(孙浩杰,刘佳琳,2022)。滤波是信号处理中的一个重要概念。在直流电源电路的稳定作用中，由连续压力脉动元件和元件保持的直流系数减小，这在一定范围内体现了从而减小了电压输出波形的形状，并且在其相对稳定之前。任何理论模型都是对现实世界的简化表达，因此不可避免地会引入一些假设和近似处理。这可能导致模型不能全面捕捉所有相关的变量及其复杂的交互作用，进而引发偏差。为了缓解这一问题，本文不仅参考了被普遍接受的理论基础，还结合最新的研究进展来调整和完善本文的分析框架。在讨论研究结果时，本文也特别强调哪些结论是基于特定假设得出的，哪些更具普遍解释力。滤波器是一种用于分离不同频率信号的设备。它的主要功能是抑制不需要的信号，这些信号不能通过滤波器并且只允许期望的信号。在微波电路中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，通过这些数据可见因此如何设计高性能的滤波器对于微波电路的设计至关重要。微带电路具有体积小、重量轻、带宽大等优点。近年来，它已广泛应用于微波电路系统，微带滤波器的主要应用之一(马泽民,周慧君,2021)。切比雪夫滤波器通常被称为通带纹波响应相等的滤波器，也可以被称为等纹波滤波器。切比雪夫滤波器分布于切比雪夫，以“切比雪夫”命名，以纪念俄罗斯数学家B.L.Chebyshev。切比雪夫滤波器在过渡带中的衰减速度比巴特沃斯滤波器快，但平坦频率响应的幅频特性要高于后者(张丽娜,李成杰,2022)。从这些观察中得出切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但幅度在通带中波动。根据频率响应曲线的波动位置，切比雪夫滤波器可以分为以下两种类型:第一类是I型切比雪夫滤波器，这明显表露出其主要特征是通带上的频率响应幅度等纹波波动，在阻带上单调递减。第二种类型是Ⅱ型切比雪夫滤波器，与Ⅰ型所显示的特性相应相反。主要特征是它在通带中显示出单调的下降，而在阻带中显示出相等的纹波波动(林昊天,王心怡,2021)。切比雪夫滤波器的传输零点可以穿插在阻带内的任何区域，可以更灵活地调节滤波器的带外抑制程度。这在一定程度上折射出无需像传统滤波器那样通过增加滤波器阶序来提高信道选择性。一般来说，一般的切比雪夫滤波器具有有限的传输零点，使滤波器具有窄的过渡带，并确定阻带中的纹波响应。因此，这在一定程度上象征着它在交叉耦合滤波器的设计中得到了广泛的应用(李可爱,王志强,2021)。但是，没有简单的关系来计算一般的切比雪夫滤波器，因为传输零点可以任意放置。简而言之，与传统滤波器相比，切比雪夫滤波器具有更小的尺寸，更高的效率，更好的带外抑制，更高的矩形系数以及更灵活的设计。2.2低通滤波器概述2.2.1N阶低通滤波器原型滤波器可以由相应的集总元件电感和电容组成。通用原型电路如图2-1所示图2-1低通滤波器原型电路由最平坦的响应可以得到相应元件的电感和电容值。下表2-1给出了原型n=1到n=10低通滤波器的组件值，其中g0为源阻抗，gN+1为负载阻抗(王馨瑜,王宇翔,2020)。Ng1g2g3g4g5g6g7g8g9g10g1112.00001.000021.41421.41421.000031.00002.00001.00001.000040.76541.84781.84780.76541.000050.61801.61802.00001.61800.61801.000060.51761.41421.93181.93181.41420.51761.000070.44501.24701.80192.00001.80191.24700.44501.000080.39021.11111.66291.96151.96151.66291.11110.39021.000090.34731.00001.53211.87942.00001.87941.53211.00000.34731.0000100.31290.90801.41421.78201.97541.97541.78201.41420.90800.32191.0000表2-1最平坦低通滤波器原型的元件取值（g0=1,N=1~10）2.2.2切比雪夫低通滤波器原型切比雪夫滤波器通常被称为通带内具有等纹波响应的滤波器，也可以称为等纹波滤波器。这在一定程度上表明低通等波纹响应的数学表达式为IL=10lg[1+k前四阶切比雪夫多项式为TTT3T4阶以上的高阶切比雪夫多项式可由下式递推推出TN可从上式中得出切比雪夫滤波器的两个特点。当x≤1时，TN当x>1时，切比雪夫低通滤波器的原型假定阻抗为1Ω，这在一定层面上展现截止频率为1。原型电路如图2-1所示。下表2-2和表2-3显示了纹波为0.5dB和3dB的n=1到n=10电路中电容和电感的原型值(李雪晴,马文杰,2020)。表2-2等波纹低通滤波器原型的元件取值（g0=1,N=1~10，0.5dB波纹）Ng1g2g3g4g5g6g7g8g9g10g1110.69861.000021.40290.70711.984131.59631.09671.59631.000041.67031.19262.36610.84191.984151.70581.22962.54081.22961.70581.000061.72541.24792.60641.31372.47580.86961.984171.73721.25832.63811.34442.63811.25831.73721.000081.74511.26472.65641.35902.69641.33892.50930.87961.984191.75041.26902.66781.36732.72391.36732.66781.26901.75041.0000101.75431.27212.67541.37252.73921.38062.72311.34852.52390.88421.9841Ng1g2g3g4g5g6g7g8g9g10g1111.99531.000023.10130.53395.809533.34870.71173.34871.000043.43890.74834.34710.59205.809553.48170.76184.53810.76183.48171.000063.50450.76854.60610.79294.46410.60335.809573.51820.77234.63860.80394.63860.77233.51821.000083.52770.77454.65750.80894.69900.80184.49900.60735.809593.53400.77604.66920.81184.72720.81184.66920.77603.53401.0000103.53840.77714.67680.81364.74250.81644.72600.80514.51420.60915.8095表2-3等波纹低通滤波器原型的元件取值（g0=1,N=1~10，3dB波纹）通过反归一化，我们可以将上表所列的低通滤波器的元件原型参数转换为实际参数，从理论上讲，在此类条件背景下可以推知其潜在影响上表可以通过反归一化实现任意工作阻抗和工作频率(刘子昊,周怡婷,2022)。通过阻抗变换和频率变换，可以实现设计任意阻抗和工作频率的切比雪夫滤波器。设R是其中一个终端的期望电阻水平，这在一定范围内体现了而R`是标准化设计的相应电阻。类似地，设ωm=(ωaRkCkL其中，Rk`、Ck`和Lk`表示规范化设计，Rk、Ck和Lk表示比例设计。滤波器是一种用来分离不同频率信号的装置。它的主要功能是抑制不需要的信号，使它们不能通过过滤器，通过这些数据可见只允许所需的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，所以如何设计一个高性能的滤波器，对于微波电路系统的设计具有非常重要的意义。通过这些事实我们可以看到微带电路具有体积小、重量轻、频带宽等优点(李晓明，张慧敏,2022)。近年来，它在微波电路系统中得到了广泛的应用，其中微带滤波器是其主要应用之一。20世纪50年代以后，为了适应电子技术小型化、轻量化的需要，开始发展平面传输线。平面传输线是继金属波导和同轴线之后的一种新型传输线。它具有平面结构、体积小、重量轻、性能可靠等特点。这明显表露出它可以集成射频和微波波段的电路和系统。平面传输线有多种类型(王志远，陈雅琪,2023)。条纹线和微带线是两种平面传输线。条纹线发明于1955年，微带线发明于1952年。1965年，固态器件和微带线的结合产生了第一个微波集成电路。平面传输线广泛应用于射频电路中。大多数射频电路是用微带线实现的(赵天宇，刘思涵,2023)。本研究的推进过程中不可避免地面临了一些挑战和局限，例如在引用已有理论框架时，尽量权衡其适用性和局限性，并尝试用实证数据进行评估和调整，这依然是一个不断演进的过程。与其他传输线相比，这在一定程度上折射出带状线和微带线具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、功能重现性好等优点，适合制作微带天线，适合与固体芯片器件结合形成集成电路。条纹线和微带线也有损耗大、功率容量小等缺点，主要用于低功率系统。这在某种程度上表示微带线是射频电路中应用最广泛的传输线。蚀刻电路技术可用于印刷电路板(PCB)的生产，易于外部固态射频元件，各种有源射频电路，并可制造介质基板集成电路，射频元件和系统集成，固态和小型化(孙浩然，周瑾瑜,2022)。要设计出微带线滤波器，则需要通过计算求得相应的微带线参数。得到了所需要的实际滤波器参数后，我们就可以通过短线近似理论来计算求得相应的电长度θ，计算公式如下电感部分ωL≅ωL电容部分1ω(2,6)1其中，是传输线特性阻抗，是传播常数，是相速度。这在一定程度上表明最后再根据上式所计算出来电长度θ，即可在ADS中的linecalc中计算求得相应的微带线长度。低通滤波器的微带线结构如下图所示，这在一定层面上展现整体的思路为用高阻抗传输线替代电感，低阻抗开路传输线替换电容,可以将LC电路转化为如下图2-2所示的微带线电路图2-2低通滤波器微带线电路结构在此类条件背景下可以推知其潜在影响微带线仿真通过后即可生成layout版图，添加端口和修改设置后进行EM仿真，仿真通过即可投板进行硬件电路测试(吴梓和，黄静宜,2022)。2.3带通滤波器设计概述带通滤波器的电路原理图如下图所示图2-3带通滤波器电路结构切比雪夫带通滤波器的设计思路是根据所需的带通指数进行频率变换，将带通指数转换为低通滤波器的指数，根据该指数设计低通转换函数，最后通过频率变换关系进行转换。其原理是，当两个屏蔽微带传输线输电线路附近的电磁场之间的交互会产生功率耦合(郑文和，何婉婷,2022)。我们通常所说的传输线耦合传输线。根据传输线理论，这在一定范围内体现了每一个微带线等效串联电感和并联电容。研究过程中，本文不可避免地面对了一些挑战和局限性，比如在应用已有理论框架时，尽量兼顾其适用性和局限性，并尝试利用实证数据对其进行测试和完善，这一过程仍在持续进行中。每个微带线的特性阻抗Z0，耦合长度的一部分,微带线的宽度W，微带线之间的距离为S，Z0阻抗耦合模型，模型Z0阻抗。虽然单个微带线单元滤波器特性，但它不提供一个陡峭的阻带过渡。通过这些数据可见如果多个元素串级和级联后,网络具有良好的滤波特性(王梓萱，张浩然,2019)。确定好参数后，根据下式计算归一化带宽以及耦合微带线各节偶模和奇模的特性阻抗。∆JJiJZZ再根据上式所计算出来的特性阻抗Z0e和Z图2-4带通滤波器平行耦合微带线电路结构2.4研发方向和技术关键（1）选取g值时保证查表LA取值小于0.1dB；（2）LC电路设计和微带线电路设计时确保S11和S21取值良好，避免EM仿真误差较大使电路不符合要求(刘德华，徐梓萱,2022)；2.5主要技术指标（1）带宽：1GHz（2）阻抗：50Ω3电路设计本毕业设计中，切比雪夫滤波器电路设计主要使用ADS来完成，这明显表露出其不仅具备频域和时域电路仿真，同时还可以进行电磁仿真，单一的工具可以提供从电路布局到layout布局的功能，无需更换其他工具(陈嘉伟，杨梦琪,2022)。切比雪夫滤波器的电路设计的的组成框图如图3-1所示。这在一定程度上折射出主要的流程为查表选择合适的原型元件取值、LC电路搭建、LC仿真、优化、微带线电路搭建、微带线仿真、优化、EM电磁仿真。激光枪激光枪探测器模块放大电路滤波电路整形电路优先编码电路串行收发模块电平转换计算机串口图3-1电路设计总体结构框图3.1低通切比雪夫滤波器电路设计低通滤波器原型滤波器设计的基础,这在一定程度上象征着集总元件低通、高通、带通、带阻滤波器和过滤元素分布参数,可以根据低通滤波器原型来转换(高俊杰，林婉清,2021)。首先根据指标进行查表和参数计算，具体指标如下1、低通范围0-1GHz；2、输入输出阻抗为50Ω。构建一个六阶切比雪夫滤波器，查表2-2可得g0=1g1=1.7254g2=1.2479g3=2.6064g4=1.3137g5=2.4758g6=0.8696g7=1.9841根据公式（2,4）可计算出实际元件值C1=C2=C3=L1=L2=L3=按照如图2-1的电路结构搭建LC电路，最终搭建出的电路如下图3-2所示图3-2切比雪夫低通滤波器LC电路添加S-PARAMETERS模组即可进行初步的S参数仿真，但是由于计算会存在些许误差，所以仿真出来的结果可能与实际要求有偏差，这时候就需要调用goal模块以及OPTIM模块进行目标优化(谢明辉，唐雨萱,2022)。这在一定程度上表明对我们所需要调整的S11、S21两个参数进行目标优化，最终优化结果如下图3-3所示图3-3切比雪夫低通滤波器LC电路S参数仿真结果也可以使用tuning功能进行手动调整，这在一定层面上展现根据手动调整可以发现，改变W1会影响带内波动的大小，而改变W2、L1和L2会影响中心频点，改变S1会影响带外的衰减，改变S2会影响带内的插损。这一发现与理论预期基本一致，显示在设定条件下，实际状况与理论模型高度匹配。这不仅增强了本文对相关机制的认知，同时也为未来研究提供了稳固的基础。此外，此结果进一步验证了该领域内其他类似研究所获得的结论，促进了理论框架的发展和完善。不过最简便的方法还是使用目标优化进行参数逼近，如果结果不理想再通过tuning进行微调。完成以上步骤后，进而进行微带线电路设计。根据上式（2,5）（2,6），可以进而得到相应的电长度θθ=通过使用ADS自带的linecalc工具如下图3-4，将θ代入其中即可得到相应微带线的长宽数据，同时需要对板材参数进行修改，在此类条件背景下可以推知其潜在影响本毕业设计使用的板材数据为H=0.762mm,Er=3.66,Mur=1,Cond=5.8E+7,Hu=3.9e+034mm,T=0.035mm,TanD=0.004。图3-4Linecalc界面根据整体的思路为用高阻抗传输线替代电感，这在一定范围内体现了低阻抗开路传输线替换电容,最终将LC电路转化为如下图3-5所示的微带线电路。图3-5切比雪夫低通滤波器微带线电路同样添加上S-PARAMETERS模组即可进行初步的S参数仿真，误差同样会存在，所以也需要调用goal模块以及OPTIM模块进行目标优化，通过这些数据可见对所需要调整的S11、S21两个参数进行目标优化，最终优化结果如下图3-6所示(韩天宇，许静雅,2021)图3-6切比雪夫低通滤波器微带线电路S参数仿真结果在Layout选项中选择生成版图，从这些观察中得出准备进行EM电磁仿真，所生成的Layout版图如下图3-7所示图3-7切比雪夫低通滤波器版图将左右两个端口标上端口号，对EMSetup中的参数进行修改，将Substrate部分修改为我们所需要的板材参数，通过这些事实我们可以看到将Frequencyplan中的类型修改为Linear，然后点击并开始EM仿真(程思远，陆婉婷,2022)图3-7Substrate部分最终EM仿真结果如图3-8所示图3-8EM电磁仿真结果将Layout封装为元器件，调用并进行联合仿真，仿真电路如下图3-9所示图3-9切比雪夫低通滤波器联合仿真电路同理调用S-PARAMETERS模组即可进行S参数仿真，最终仿真结果如下图3-10所示图3-10联合仿真结果可以看到，这明显表露出仿真结果与我们需求基本符合，切比雪夫低通滤波器设计完毕。3.2带通切比雪夫滤波器电路设计通过反归一化，我们可以将表中所列的低通滤波器的元件原型参数转换为实际参数，通过阻抗变换和频率变换，可以实现设计任意阻抗和工作频率的切比雪夫滤波器。所以先对低通滤波器进行综合设计，这在一定程度上折射出然后将低通滤波器进行相对应的网络变换即可实现带通和高通滤波器(魏梓和，邓雅静,2020)。此结果与理论预测基本一致，这证实了早期研究中提出的假设，从而增强了该领域理论框架的稳固性。本研究的成果不仅从方法论角度带来了新见解，还对实际应用有重要的指导作用。通过比较分析，本文发现与预期之间的差异主要由特定变量引起，为未来研究提供了指引。具体设计指标如下中心频率为11GHz,10.38GHz≤3dB带宽≤11.62GHz;输入输出阻抗为50欧姆带宽为1GHz构造一个四阶切比雪夫滤波器，查表可得g1=3.4389;g2=0.7483;g3=4.3471;g4=0.5920;g5=5.8095根据上式（2，7）可得微带线的奇偶模特性阻抗为将其代入ADS中的Linecalc中可得到相应微带线的参数，与切比雪夫低通滤波器不同的是需要把微带线类型更改为MCLIN，这在某种程度上表示同时板材本毕设选用的是H=0.762mm,Er=3.66,Mur=1,Cond=5.8E+7,Hu=3.9e+034mm,T=0.035mm,TanD=0.004。最后根据图2-4的结构我们可以搭建出切比雪夫带通滤波器平行耦合微带线电路结构如下图3-11所示(赵天宇,刘俊杰,2022)图3-11切比雪夫带通滤波器平行耦合微带线电路调用S-PARAMETERS模组进行S参数仿真，得到结果如下图3-12所示图3-12切比雪夫带通滤波器微带线电路S参数仿真结果

3.2版图后续加工版图进行加工投板前，还需要使用CAD进行绘图制版，主要使用CAD的一些基础功能，绘制过孔以及螺丝固定孔，这在一定程度上象征着然后测量距离并进行标注，即可进行投板，由于现今厂家加工多按照mm为基础单位，所以需要从设置中将版图单位修改为mm。加工要求主要有板材：罗杰斯R04350顶层（导体层）厚度：0.0035mm介质层厚度：0.762mm底层整版铜箔所有孔金属化

4制作与调试4.1硬件电路该系统所涉及的硬件电路，没有常用器件，均使用微带线实现。由于实际在电路左右的阻抗源在进行layout设计时候为了整体体积变小已经将其删去，在实际测试时需要注意添加阻抗源后再进行测试。5结论切比雪夫滤波器的设计方法远远不止本毕设所讨论的这些，要想学习更前沿的技术，还需要不断地努力，提升自己的能力。本课题首先了解了宽带切比雪夫滤波器的基本概念以及模型，通过I(龚立超,黄星杰,2022)和知网寻找并查阅国内外期刊文献，学习基础的设计思路和方法，这在一定程度上表明理解广义切比雪夫滤波器的综合过程，并使用ADS设计带宽范围1GHz的宽带切比雪夫滤波器，最后仿真分析各元件参数变化时对频率特性的影响。本次毕业设计算是我对本科几年来的学习交付的一个答卷，既有让我满意的地方同时也有需要改进的地方。这在一定层面上展现它于我而言是一次挑战，接触一直以来没有接触过的领域，但经过几个月的学习，我也算是对其小有了解，动手能力也得到了提升，应对实际工程也不会畏手畏脚，知道如何找到出发点。也明白了课本上的理论知识如何在实际中得以运用，作为电子专业，学无止境，技术一直都在向前走，只有不断学习才能走在前沿。参考文献[1]黄小英，切比雪夫微波带通滤波器的设计及仿真研究,哈尔滨职业技术学院学报，2015(4).[2]刘思远,陈雅琳，切比雪夫带通滤波器的设计，凯里学院学报，2022(3)[3]王浩然,孙锦鸿，广义切比雪夫滤波器设计，电子科技大学硕士论文，2023.[4]张雅慧,李泽宇，切比雪夫低通滤波器的仿真设计，信息通信，202