腔体滤波器____设计报告

腔体滤波器设计报告学生姓名：学号：单位：时间:2011年5月23日一、技术指标：频率范围：1710~1880MHz；带内插损：≤0.8dB带外抑制：@960MHZ80dB@2200MHz80dB带内波动：≤0.6dB端口阻抗：50ohm二、理论分析微波滤波器被广泛的应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星通信、导弹制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的重要器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能指标。1、微波滤波器分类2、微波滤波器一些理论（1）Q值与谐振微波滤波器是由谐振回路以某种方式排列再通过耦合结构把这些谐振回路组合在一起构成的。不同的谐振回路，谐振频率的范围和Q值差别很大。因此，不同结构的滤波器适合不同的工作频率和带寛。LC滤波器、声表面波/体声波滤波器、螺旋滤波器、梳状滤波器的工作频率比较低。介质滤波器、波导滤波器工作频率比较高。谐振回路Q值高、滤波器工作带寛可以做的比较窄。（2）滤波器的性能指标a.频率范围12和带宽bw：对于带通和带阻滤波器而言，也指衰减加大到某一确定值时的频率范围，如11121dBdBdBBWff称为1dB通带带宽或1dB阻带带宽。带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨率。b.插入损耗：插入损耗即描述了通带内的功率损耗大小。其表达式为：22110log10logLinPILSPc.回波损耗（ReflectionLoss缩写RL）：回波损耗是描述滤波器性能的一个敏感参数，同时回波损耗（RL）、驻波系数（VSWR）和反射系数（）三个参数是相关的，通常用来表征滤波器反射特性。回波损耗的公式定义以及三者之间的关系为：22110log10log()10log()1RinPVSWRRLPVSWRd.带外抑制（Rejection缩写RJ）：在给定的频率下，带外信号的插入损耗大于最小带内信号的插入损耗的数值。e.带内波动：指通带内信号的平坦程度，即通带内最大衰减与最小衰减之间的差别，一般用dB表示。f.品质因数Q：描述滤波器的频率选择性的强弱，分有载和无载两种情况。设计软件三．设计过程1.低通原型滤波器（查出标准化g值）通过AnsoftDesigner设计7阶彻比雪夫低通原型滤波器，查出标准化g值，如下图所示。图1查出标准化g值由此算出第一个腔体与源之间的耦合系数01K0.081bwg，腔体之间的耦合系数126712KK0.07328bwgg，235623KK0.0549bwgg，344545KK0.0522bwgg,其中2112ffbwff为相对带宽。2.单级谐振腔的选取通过查阅相关文献和仿真比较得到图2所示单腔结构，此结构能得到较高的Q值，且其第二模式频率在3.2GHz，满足我们的带通要求。腔体尺寸取30mm×30mm×60mm。图2单腔模型3.腔体与源或负载之间的耦合系数的仿真：通过HFSS对腔体与端口之间的耦合系数进行仿真，在端口处设置PML层，使其Q值接近于2s01Q1/19.11K,仿真模型见图3。耦合系数主要受盘天线与谐振杆之间的距离、盘天线所在高度等影响；盘天线越近耦合系数K01越大，盘天线越高耦合系数K01越大。图3腔体与源或负载之间的耦合模型4.腔体与腔体之间耦合系数的仿真：通过HFSS对两个腔体进行仿真，研究他们耦合系数的变化及其谐振频率的变化。在本征模式求解下将模式数设为2，定义一输出变量为K=(f2-f1)/sqrt(f2*f1),其中f1，f2分别是在两个模式下的谐振频率，仿两个相似的双腔之间耦合模型使其K值分别等于上面提到的12K0.07328和23K0.0549，两个模型类似，只是通过中间的耦合杆来控制K值的大小变化。见图4。图4腔体与腔体之间的耦合模型5.总体仿真：经过以上几步耐心地仿真使其尽量接近理论算出来的各种耦合系数之后，对其进行总的建模。由其对称性，将其简化剖分并设对称面为磁壁，得到图5模型图5总体简化模型四、设计结果及存在问题分析：最后仿出来的S11见图6，从图可见回波损耗结果不太好，因为设计时为了获取达到通带的要求牺牲了驻波的指标。由于时间不足，没有达到理想的指标。个人认为，可以通过调节两腔之间的耦合杆高度，来优化S11.图6滤波器的S11仿真结果最后仿出来的S21见图7，可见插损在带内基本满足指标要求，带内相当平坦在带外960-2200MHz处均有80dB以上的带外抑制。图7滤波器的S21仿真结果这个设计让我基本进一步熟悉了HFSS的建模及优化、参数分析等功能的使用。同时了解了滤波器的基本原理及仿真设计的过程。