(整理)帶通濾波器的設(shè)計步驟0001

1、精品文檔帶通濾波器設(shè)計流程濾波器是具有頻率選擇性的雙端口器件。由于諧振器的頻率選擇性,所以規(guī)定的頻率信號能夠通過器件，而規(guī)定頻率信號以外的能量被反射， 從而實現(xiàn)頻率選擇的功能。濾波器從物理結(jié)構(gòu)上，就是由一些不同的單個諧振器按相應(yīng)的耦合系 數(shù)組合而成，最后達到規(guī)定頻率的信號從輸出端通過的目的。1. 濾波器技術(shù)指標(biāo)1.1工作頻率范圍：1060MH 100MHz1.2插入損耗：0.5dB max1.3駐波比：1.2 max1.4帶外抑制：20dBf 200MHz35dBf 300MHz60dBf 500MHz1.5寄生通帶：f 3500MHz以上，對衰減不作要1.6工作溫度：-55 Cto+85C1

2、.7最大輸入脈沖功率：400W最大輸入平均功率：20W2. 濾波器設(shè)計原理端口 2圖1濾波器原理圖3. 濾波器結(jié)構(gòu)選擇3.1物理結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)以上技術(shù)指標(biāo)選擇 腔體交指型帶通濾波器，主要的原因是因為它有著良好的帶通濾波特性，而且它結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)實；且容易制造；諧振桿的長度近似約為入/ 4（波長），故第二通帶在3倍fo上，其間不會有寄 生響應(yīng)。它用較粗諧振桿作自行支撐而不用介質(zhì)，諧振桿做成圓桿，還可 用集總電容加載的方法來減小體積和增加電場強度，而且它適用于各種帶 寬和各種精度的設(shè)計。3.2電路結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)以上技術(shù)指標(biāo)選擇 交指點接觸形式，主要的原因是它的諧振桿的 一端是開路，一端是短路（即和接地

3、板接連在一起），長約入/ 4 ,載TE M （電磁波）模，桿1到桿n都用作諧振器，同時桿1和桿n也起著阻抗變 換作用。4. 電路仿真設(shè)計如圖2模型選擇。采用An soft公司的Serenade設(shè)計，根據(jù)具體的技術(shù)指標(biāo)、體積要求和功率容量的考慮，此濾波器采用腔體交指濾波器類型,使用切比雪夫原型來設(shè)計，用圓桿結(jié)構(gòu)的物理方式來實現(xiàn)。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|幫助1圖2模型選擇如圖3濾波器綜合指標(biāo)選擇。根據(jù)具體的技術(shù)指標(biāo)，填入相對應(yīng)的框里，根據(jù)軟件與實際的誤差，0.2dB帶寬放至25%。電長度計算公式：1Hz= X /4 = 90、入=3x108 1GHz=75mm=90Order 5tipple QB) |0 035Terminati onS

5、ingle Endec工 nputOutput廠 Equal InduetoiEstimate Ordert上一步）I下一步班）l取梢 I幫助I精品文檔圖3濾波器綜合指標(biāo)如圖4矩形系數(shù)選擇。選取技術(shù)指標(biāo)中要求最高的一個帶外抑制 點，必須保證留夠8dB的余量XOrder (5Ripple (dB) |0.035OK | C&nZL | Help圖4矩形系數(shù)選擇如圖5比例因子選擇。選定比例因的原則是：一是使各諧振器的阻抗 水平適當(dāng)，間隙適中，二是使諧振器的 Q值最佳，一般選特性阻抗為73歐 左右時Q值最高，其次在規(guī)定的體積范圍內(nèi)，盡量把體積寬度加大，以提 高腔體的Q值，從而減小其插入損耗；在寬度方

6、向也盡量加寬，以提高諧 振桿的電長度，這樣以免調(diào)諧螺釘電容加載太強，影響Q值和產(chǎn)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 _ 幫助圖5比例因子選擇如圖6綜合尺寸。根據(jù)下圖得出相應(yīng)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圖6綜合尺寸圖7史密斯圓圖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圖8相位、延時圖03/28/06Ansoft Corporation - Filter Syn

9、thesis 8J11:08:250.00-20.00-mpj 詢訶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圖9傳輸、反射圖電路設(shè)計完成后，記錄物理尺寸，進行三維仿真5. 三維仿真設(shè)計采用An soft公司的電磁場仿真軟件 HFSS5.1進入項目管理器打開An soft HFSS，（麥克斯韋）Maxwell控制面板。將出現(xiàn)如下圖所示的窗 口。5.2工程目錄在

10、使用An soft HFSS求解時，第一步就是要創(chuàng)建一個目錄和項目，用于存儲與問題相關(guān)的數(shù)據(jù)。在（麥克斯韋）Maxwell控制面板中打開工程目錄（Projects ） 將出現(xiàn)如下圖所示的窗口匚uccent Directory:dl; /aiiaortZuswwell/clerau丄匸Project Dlrec匸口工丫;：detaultPrejectsPro eet;CEeated By:Type：廣 Haelel C* Nace；Project Dlceetetilesdefault口 eh.Size.Save naceRecovee.Ex 115.3添加新項目執(zhí)行命令菜單左上部的工程目錄（P

11、rojects）塊,選擇新的項目（New）。如 下圖所示的窗口。n&in巳(2J11如皀：Type:Created By：Cancel疋 Open project upon creationHelp在姓名欄（Name）里輸入新的項目名字。確定后將出現(xiàn)如下圖所示的 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 選擇本征模軟件從軟件菜單里選

12、擇 本征模解 (Eigenmode Solution )最初，( 激勵解 Driven Solution 顯示為可選項。)5.4.1 激勵解選擇激勵解(Driven Solution)是為了使用基于軟件的有限元法去求解源 激勵的機構(gòu)。Ansoft HFSS計算了無源高頻結(jié)構(gòu)的S參數(shù)，如微帶線、傳輸 線。軟件包括后處理命令 , 這個命令是用于具體分析結(jié)構(gòu)的電磁場特性。使用 激勵解 (Driven Solution )，可以計算：基本的電磁場量， 對于開放邊界而言， 還可以計算輻射近場和遠 場。特性端口阻抗和傳播常數(shù)。一般S參數(shù)和相對于具體端口阻抗歸一化的S參數(shù)。5.4.2 本征模解選擇本征模解

13、(Eigenmode Solution )用于計算某一結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振。本征模解可以找出結(jié)構(gòu)的諧振頻率以及諧振點的場值。 Ansoft HFSS 本征模 軟件可以求出無耗和有耗結(jié)構(gòu)的本征模，可以計算出腔的無載 Q 值。 Q 是一個性能參數(shù)，是反映系統(tǒng)能量損耗的尺度。無載 Q 是由于有耗材料 引起的。因為端口和源均被限制為本征模問題，因此 Q 的計算不包括由 源引起的損耗。下列限制不適用于本征值求解：端口 電壓 電流 磁偏置 輻射5.5 三維建模執(zhí)行命令菜單上部選擇繪制菜單( Draw )。三維模擬窗口出現(xiàn)。如下圖所示蟲-|Q| xFile Edit View oordi nates Line

14、s Surfaces ids Arrange Qtt ions SJJi嘰 do 刃e Ip E.lugIns 習(xí)回回 囤亟|叵回13聞兩帀畫亟園匣|UAnsciEx HF55 Version .0.25 Copyrigiit 1984-2001 Ansaf t CaiporatiDn執(zhí)行命令Ctrl+F3,調(diào)入宏命令出現(xiàn)如下圖所示-n|x|Jo Li ds irr-angcsas叵H目習(xí)IWPI砲回岡切叵匝畫畫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編輯宏命令程序，把Seren ade綜合出來的物理尺寸輸

16、入宏命令程序。如下 圖所示# BEGIN: LINES ADDED BY MACRO EDITOR. DO NOT EDIT THE諧振器內(nèi)孔深度內(nèi)腔厚度首級末級調(diào)諧器深度中間幾級調(diào)諧器深度諧振器外圓直徑諧振器內(nèi)圓直徑調(diào)諧器直徑第一諧振器和第二諧振器中間耦合距離，對稱第二諧振器和第三諧振器中間耦合距離，對稱第一諧振器距離腔體內(nèi)腔邊緣距離諧振器距離腔體內(nèi)腔高度距離內(nèi)腔高度耦合探針在諧振器上的高度以下均是宏命令自動記錄值。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 執(zhí)行使用宏命令菜單(User),調(diào)入編輯好的宏命令。如下圖所示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畫F x |iz17 Y lei-廠 Z |SdP.ad hl P 7612260356422伽Io-Snap Tas P VeEtes p Dzld 廠 Ortuer H.Jnlxl退出三維模擬器：選擇退出菜單(Exit )。出現(xiàn)一個窗口，提示你存儲 幾何模型并核查模型。選擇Ye&出現(xiàn)一個

28、進程條顯示當(dāng)系統(tǒng)在核查模型 中不存在重疊物體時，系統(tǒng)的進程?，F(xiàn)在返回到執(zhí)行命令窗口，準(zhǔn)備設(shè)置材料。5.6設(shè)置材料為了徹底設(shè)置本征模問題，必須對幾何模型中的每一個三維物體都要 進行材料設(shè)置。啟動材料管理器：選擇設(shè)置材料(Setup Materianls)，則出現(xiàn)如下 圖所示的材料設(shè)置(Material Setup )窗口。e Single Select廠 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設(shè)置腔體盒子（box2）為空氣把腔體盒子（box）設(shè)置為空氣特性。設(shè)置腔體盒子（box）為空氣：1. 在物體菜單（Object）列表中選擇box。物體變亮表明它被選中。2. 使用滾動條在材料（Material）列表中選擇空氣（air）。選擇賦值（Assign）。腔體盒子（box）被設(shè)置材料，接著它的名字將出現(xiàn) 在物體菜單（Object）列表中的材料（Material ）下。如下圖所示金 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. 選擇退出菜單(Exit)。你將被提示存儲材料設(shè)置。2. 選擇Yes。材料設(shè)置信息被存儲。你將返回執(zhí)行命令窗口，可以看到，設(shè)置材料(Setup Materia nls) 旁出現(xiàn)一個對號，表明所有的物體都已經(jīng)被成功的設(shè)置了材料特性。5.7設(shè)置邊界打開三維邊界管理器選擇設(shè)置邊界菜單(Setup

33、 Boundaries/SourceS，就會出現(xiàn)三維邊界設(shè)置管理器(3D Boundary/Source Manage)窗口。如下圖所示H g EJr Qhecr-宿F出帕廠 Enundar jKaaeAgglfluedQptiiHU Coordinates Model WindPottMessttge file nptExt ot呂呂苦口電 1034 口口匕 mailablein tile d:/anacCt/bf3sB/erior/lm3d.errw.Gcaphial Pi,drB 3口uxee 廣 EDund-iEVB0ni34Ey/3a 肛 e:Ku=： |pDEt3AnsoCc HT35 Vetaion S.C.Z5 CouyEltftiT； 19B4-Z001 AJisoIt Cocjicitarion選定一端口面后，執(zhí)行賦值（Assign）命令。則出現(xiàn)如下圖所示。二端 口賦值同上。ModelAbs.皿f x HP 5P 豈 |H6Rad. RT55HH555E5HAug so-Snap Tas 兩 VertexP Grid廠 0aer.Graphic Bl Pick廠 Object荷 raceL Boundarvr* Source 廠 BaundaLPoetMane： (pair t：2BDUldl