基于hfss的带通滤波器设计【字数：9556】
摘 要本文介绍了发夹型带通滤波器的原理和设计方法,由于和其他类型的滤波器相对比，发夹型的带通滤波器体积比较小而且它的成本还比较低，制作也比较方便，在各种领域有着较为广泛的应用。如何设计一个发夹型的带通滤波器，可以根据发夹型带通滤波器的设计理论，首先根据所给出的参数指标，通过查找切比雪夫低通原型的相关图表，计算出所需要的滤波器是几阶，再者根据相对应的公式计算出发夹型滤波器的几个重要参数,然后就可以利用HFSS软件进行设计，在HFSS软件中输入所需要的参数，然后一步步的完成滤波器的设计，建模以及优化，同时利用ADS软件来计算出滤波器的初始尺寸。本文给出了一个中心频率为2GHz,带内波纹为0.1dB的发夹型带通滤波器的设计过程,然后利用HFSS 软件来进行仿真以及优化,从而提高带通滤波器设计的效率以及准确度,若是仿真结果和理论结果能够顺利实现并且相吻合,那就证明了设计方法的可行性。
目 录
1 绪论 1
1.1滤波器的介绍 1
1.1.1滤波器的分类 1
1.2课题的目的 2
1.3课题的意义 2
1.4国内外滤波器的发展状况 2
1.5 HFSS和ADS软件简介 3
2 滤波器参数计算 4
2.1带通滤波器工作原理 4
2.2 发夹型带通滤波器设计原理 5
3 滤波器仿真设计 15
3.1发夹型带通滤波器3D模型的设计 15
3.1.1建立模型前的必要设置 15
3.1.2滤波器导带的创建与合并 15
3.1.3 创建端口激励 21
3.1.4 分析设置 22
4 仿真结果及其分析 24
4.1发夹型带通滤波器响应曲线 24
5 总结与展望 27
5.1总结 27
5.2发展与展望 27
参考文献 28
致谢 29
1 绪论
1.1滤波器的介绍
微波滤波器是一类无耗的二端网络[1]，主要应用于通信、电子、雷达等方面，通过在系统中控制信号的频率响应，过滤掉无用的信号频率，使有用的信号频率无衰减的通过 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
滤波器。所以我们可以把滤波器看成是一个选频电路，它能够让某一个或几个频率范围内的电信号可以几乎无衰减的通过，而对另外一部分作用不大的频率的信号大幅度的减小，使得这一部分的信号受到较大的抑制。
1.1.1滤波器的分类
滤波器的分类一般有以下几种：
1）按找滤波器衰减特性的不同滤波器可分为低通、高通、带通和带阻这四种类型。如果某个滤波器的相对带宽超过了百分之二十的话，这种滤波器就会被定义为超宽带滤波器。这四种类型的滤波器波形图如下图1.1、1.2、1.3以及1.4所示：
//
图1.1帯阻滤波器 图1.2高通滤波器
//
图1.3带通滤波器 图1.4低通滤波器
2）按照滤波器的结构来进行划分的话，可将滤波器分为LC、波导、平面结构、梳状、介质、LTCC和微机械结构的滤波器。
3）按照能量的形式分类，滤波器可分为电磁的、自旋波的以及声的等等。
1.2课题的目的
在微波通信中，若是一个滤波器有着良好的性能并且它的结构还比较严密，这就对一个系统指标的提高有着重要性的作用。滤波器的形式多样，本次设计中的发夹型却是比较常见的，这种滤波器的明显的优点是其体积小，而且它的结构相对其他滤波器来说比较紧凑还不要过孔接地，所以在L波段和S波段有广泛的应用。然而，在以前人们是利用做实验的方法为基础来设计这类的滤波器的，这种传统的方法不仅耗费时间而且还不能节约成本。所以为了改善这类的缺点，本次设计是利用HFSS软件对其精确设计方法做了研究。
1.3课题的意义
在现代微波通信系统中，一个系统的优劣程度是由微波带通滤波器决定的，因为其在系统中是最主要的无源器件。由于传统的微波滤波器的尺寸相对来说比大，而且滤波器的制作成本也非常高，耗费时间且不经济，而且因为存在分布参数传输线段周期性的频率响应，这就使得在主通带的中心频率f0一定距离处出现了寄生通带，这个问题的出现使得对于抑制谐波的输出有很大的影响。但是随着移动通信的发展，研究人员们更倾向于研制体积小、性能高的微波滤波器。与传统微带滤波器相比，发夹型滤波器通过控制耦合线段和非耦合线段，可以控制寄生通带的位置，从而解决了谐波抑制的问题。
1.4国内外滤波器的发展状况
在1937年，由W．P Mason和R．A．Sykes这两位科学家率先提出了微波滤波器的相关理论并进行了研究。到了60年代，G．L．Matthaei[4]在他个人撰写的书籍中对微波滤波器一些较为经典的类型作出详细的说明，但主要是对两个作为低通原型的滤波器进行了介绍并未涉及到其他经典类型的滤波器的设计。到了70年代初，人们已经能将以上的滤波器制作出来并在相关的领域得到了应用。在80年代，人们致力于努力提高滤波器的各种性能，而在90年代，研究员们朝着研发新型的滤波器的方向前进。由于世界经济的不断发展，滤波器在军事、航空等相关科研领域的地位变得越来越重要，所以它的性能也在不断地提高，所以滤波器在当代是一个非常活跃的分支，而滤波器的研究在朝着一个全新的方向发展。滤波器的发展从个别到一般应用，它的设计方法由繁变简，从粗糙变得精炼，形式更加多元化、标准化。随着软件无线电技术的发展，带通滤波器的应用领域越来越广泛，除了信号处理领域和电子学领域，甚至大气科学领域也越来越多的使用它，例如保留扰动的气旋，去除最近的天气状况等等，同时，随着科学技术的发展，大量的设计图表以及计算机辅助设计软件的使用使得带通滤波器的种类越来越多，精度以及性能都得到了大大的改善，甚至可以实现编程控制，基于不同的滤波方式，常用的带通滤波器的滤波有五大种类：基于集总参数进行无源滤波（一般用在微波领域）、基于有源进行滤波、基于分布参数进行无源滤波、基于软件进行滤波以及新型滤波器。现阶段国内外使用频率最频繁的当属软件滤波器，它通过编程的手段，只需要凭借固定的硬件（前期要进行带通滤波完全靠硬件，导致每个带通滤波器的电路都不一定相同，且滤波器之间想要联合很是麻烦，使用限制还多），其余的步骤都交由软件来实现，这大大提高了运行结果的精度，同时也让带通滤波器变得更加通用。随着技术的不断进步，除了软件带通滤波器，特殊带通滤波器也因着性价比高使用的频率在飞速升高，甚至可以与数字滤波器比肩，它可以实现自适应滤波，被广泛应用于通信系统领域。
目 录
1 绪论 1
1.1滤波器的介绍 1
1.1.1滤波器的分类 1
1.2课题的目的 2
1.3课题的意义 2
1.4国内外滤波器的发展状况 2
1.5 HFSS和ADS软件简介 3
2 滤波器参数计算 4
2.1带通滤波器工作原理 4
2.2 发夹型带通滤波器设计原理 5
3 滤波器仿真设计 15
3.1发夹型带通滤波器3D模型的设计 15
3.1.1建立模型前的必要设置 15
3.1.2滤波器导带的创建与合并 15
3.1.3 创建端口激励 21
3.1.4 分析设置 22
4 仿真结果及其分析 24
4.1发夹型带通滤波器响应曲线 24
5 总结与展望 27
5.1总结 27
5.2发展与展望 27
参考文献 28
致谢 29
1 绪论
1.1滤波器的介绍
微波滤波器是一类无耗的二端网络[1]，主要应用于通信、电子、雷达等方面，通过在系统中控制信号的频率响应，过滤掉无用的信号频率，使有用的信号频率无衰减的通过 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
滤波器。所以我们可以把滤波器看成是一个选频电路，它能够让某一个或几个频率范围内的电信号可以几乎无衰减的通过，而对另外一部分作用不大的频率的信号大幅度的减小，使得这一部分的信号受到较大的抑制。
1.1.1滤波器的分类
滤波器的分类一般有以下几种：
1）按找滤波器衰减特性的不同滤波器可分为低通、高通、带通和带阻这四种类型。如果某个滤波器的相对带宽超过了百分之二十的话，这种滤波器就会被定义为超宽带滤波器。这四种类型的滤波器波形图如下图1.1、1.2、1.3以及1.4所示：
//
图1.1帯阻滤波器 图1.2高通滤波器
//
图1.3带通滤波器 图1.4低通滤波器
2）按照滤波器的结构来进行划分的话，可将滤波器分为LC、波导、平面结构、梳状、介质、LTCC和微机械结构的滤波器。
3）按照能量的形式分类，滤波器可分为电磁的、自旋波的以及声的等等。
1.2课题的目的
在微波通信中，若是一个滤波器有着良好的性能并且它的结构还比较严密，这就对一个系统指标的提高有着重要性的作用。滤波器的形式多样，本次设计中的发夹型却是比较常见的，这种滤波器的明显的优点是其体积小，而且它的结构相对其他滤波器来说比较紧凑还不要过孔接地，所以在L波段和S波段有广泛的应用。然而，在以前人们是利用做实验的方法为基础来设计这类的滤波器的，这种传统的方法不仅耗费时间而且还不能节约成本。所以为了改善这类的缺点，本次设计是利用HFSS软件对其精确设计方法做了研究。
1.3课题的意义
在现代微波通信系统中，一个系统的优劣程度是由微波带通滤波器决定的，因为其在系统中是最主要的无源器件。由于传统的微波滤波器的尺寸相对来说比大，而且滤波器的制作成本也非常高，耗费时间且不经济，而且因为存在分布参数传输线段周期性的频率响应，这就使得在主通带的中心频率f0一定距离处出现了寄生通带，这个问题的出现使得对于抑制谐波的输出有很大的影响。但是随着移动通信的发展，研究人员们更倾向于研制体积小、性能高的微波滤波器。与传统微带滤波器相比，发夹型滤波器通过控制耦合线段和非耦合线段，可以控制寄生通带的位置，从而解决了谐波抑制的问题。
1.4国内外滤波器的发展状况
在1937年，由W．P Mason和R．A．Sykes这两位科学家率先提出了微波滤波器的相关理论并进行了研究。到了60年代，G．L．Matthaei[4]在他个人撰写的书籍中对微波滤波器一些较为经典的类型作出详细的说明，但主要是对两个作为低通原型的滤波器进行了介绍并未涉及到其他经典类型的滤波器的设计。到了70年代初，人们已经能将以上的滤波器制作出来并在相关的领域得到了应用。在80年代，人们致力于努力提高滤波器的各种性能，而在90年代，研究员们朝着研发新型的滤波器的方向前进。由于世界经济的不断发展，滤波器在军事、航空等相关科研领域的地位变得越来越重要，所以它的性能也在不断地提高，所以滤波器在当代是一个非常活跃的分支，而滤波器的研究在朝着一个全新的方向发展。滤波器的发展从个别到一般应用，它的设计方法由繁变简，从粗糙变得精炼，形式更加多元化、标准化。随着软件无线电技术的发展，带通滤波器的应用领域越来越广泛，除了信号处理领域和电子学领域，甚至大气科学领域也越来越多的使用它，例如保留扰动的气旋，去除最近的天气状况等等，同时，随着科学技术的发展，大量的设计图表以及计算机辅助设计软件的使用使得带通滤波器的种类越来越多，精度以及性能都得到了大大的改善，甚至可以实现编程控制，基于不同的滤波方式，常用的带通滤波器的滤波有五大种类：基于集总参数进行无源滤波（一般用在微波领域）、基于有源进行滤波、基于分布参数进行无源滤波、基于软件进行滤波以及新型滤波器。现阶段国内外使用频率最频繁的当属软件滤波器，它通过编程的手段，只需要凭借固定的硬件（前期要进行带通滤波完全靠硬件，导致每个带通滤波器的电路都不一定相同，且滤波器之间想要联合很是麻烦，使用限制还多），其余的步骤都交由软件来实现，这大大提高了运行结果的精度，同时也让带通滤波器变得更加通用。随着技术的不断进步，除了软件带通滤波器，特殊带通滤波器也因着性价比高使用的频率在飞速升高，甚至可以与数字滤波器比肩，它可以实现自适应滤波，被广泛应用于通信系统领域。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/536.html
