带通滤波器的设计步骤
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± 200MHz>35dBf± 300MHz>60dBf± 500MHz1.5寄生通带:求1.6工作温度:f> 3500MHz以上，对衰减不作要-55° Cto+85°C1.7最大输入脉冲功率：400V；最大输入平均功率：20W2. 滤波器设计原理端口 1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。Band Pass Fi1xjFilter TypeDesign MethodCombiine? TappedCombiine Transformsr CombiineA Cap Loaded Edge Coupled Half Wave Hur Pin FilterInter di gitilj Open Inter di gitd-j Shorted Com id. Tubular Lumped LadderTechiidogyTchebyshew Frototype -Euttarorth Prototype Enter OValues Enter KQ-Valyas上一步他）下 取消 |帮助|2<JBist ElementRippleTerminati onSingle Endec工 nputOutputEqual Induct Qi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=90SpecificationEstimate Order上一步下一步也）腿消1帮助图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XJOrderRippl« (dE) |O. 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。nensionAll lftikgths; inRod上一歩迟)I下一步(1)计 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fffl/ .1.1- .1 ' c iiEi le Edit Sjcpthesize Iransfarm Circuit QisD|jg|副 每|八|飞厂|苜|囲回|胡胡 gg皤|聲|部Freq = 1060 000 MH；Interdigital, Tapped Round Resonators Mechanical Dimensions in millimetersGround Plane Spacing= 12 Unloaded Q二 690 97Er= 1 Eeff= 1Resonator Length = 37.S5Input Tap Location = 15.75 Output Tap Location = 15.75图6综合尺寸图7史密斯圆图03/2/06Atisoft Corporal ion - Filler Synthesis 8.710:51:07-2Q0.0012.5010.00Filtl400.00-600,00-B00.00UHSLI】 g"vuxrw.luiOOGO.O.CF.70一1.X3= 0.96GHzY3- 5.65n$ecX4= 1.16GHzY4s 5 95nsecX1 = 0.96GHzY1-22121degX2= 1.16GHz ¥2- -566B62deg图8相位、延时图0.00-20.00-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. 三维仿真设计米用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ZLnTx匚uccent Directory:dl; /aiiaortZiiswwell/clerau丄匸Project Dlrec匸口工丫;：detaultPrejectsPro eet;CEeated By:Type：广 Haelel C*" Nace；Project Dlceetetiles_dDjjj<££ka aSize.Save ntrcesRecoveEr r |IJamt:Type:Created By：W Open project uponcreation5.3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。2<Jn&in巳 3_n(CancelCtmveigenceProfileEjiecutive loanari垃mRendtt:+1Help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。Soluicinn H-oniiDtiiig2in閒丹4R-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 (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Enrpoy屈：Lj Mu .1-. _ -. I - L;ew Coordinates Lines Surf习弓回 図亟I回回 區理I囲團日 回亟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And |41,712260156422Snw To:羽 Vertex h Gui 日 厂 Othcc, r,皿90亡£ HF55Vetaion 6.0.25 CopyEialit 19S4-2001 Ansaf t CazpoiatlDn-nl xlErie Edit y.1tolids ir rangeaEK 叵回回E因 圄叵画dCarporoti# BEGIN: LINES ADDED BY MACRO EDITOR. DO NOTEDIT THEBELOW TEXT!Assig n kh -28谐振器内孔深度ExpAssign "kh" khAssig n z 12内腔厚度
