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成都信息工程学院毕业设计（论文）题目：微波带通滤波器设计专业：通信工程班级：B02621姓名：何双良学号：13指导老师：蒋正萍巫从平二零零六年六月十日毕业设计（论文）专业通信工程班次B02621姓名何双良指导老师蒋正萍巫从平电子机械高等专科学校二零零六年六月I微波带通滤波器设计何双良成都信息工程学院[摘要]本文对微波理论及微波滤波器作了详细的介绍。其中有微波技术的发展以及滤波器的分类、特点和应用。平行耦合线微波带通滤波器设计方法和参数计算，并对计算结果进行仿真验证。经过仿真符合设计要求，表明此设计方案正确。关键词：微波带通滤波器平行耦合微带线频率变换ADS软件仿真IIMicrowavetapethecleardesignofwavefilterShuangliangHeChengduuniversityofinformationtechnology[Abstract]Thispaperformicrowavetheoreticalandmicrowavewavefilterhavemadedetailedintroduction.Inwhich,therearethedevelopmentofmicrowavetechnologyaswellastheclassficationofwavefilter,characteristicandapplication.Parallelcouplelinemicrowavetapethecleardesignmethodandparametercalculationofwavefilter,andverifyascalculatingresulttocarryoutemulation.Throughemulating,accordwithdesignrequirement,itiscorrecttoshowthisdesignscheme.Keyword:MicrowavetapeclearwavefilterParallelcouplemicrostriplineFrequencyisalternatedADSEmulateIII前言当今信息社会的发展依赖于通信技术的发展，而基于多媒体的全球个人通信系统中的无线通信将得到更大的发展。作为关键射频器件的滤波器的作用越来越重要，对性能的要求也越来越高。滤波器是无线电技术中许多设计问题的中心，可利用它们来分开或组合不同的频率，如在变频器、倍频器以及多路通信中。电磁波频谱是有限的，且须按应用加以分配；而滤波器既可用来限定大功率发射机在规定频带内辐射，反过来又可以用来防止接收机受到工作频带以外的干扰。在阻抗匹配中也有象滤波器的网络，如在两个不同特性阻抗的传输线之间，或在有内阻的发生器于电抗负载（如参量放大器中的二极管）之间。有时需要得到一定的相位（或时延）特性，如脉冲压缩或展宽，或补偿其他的滤波器或色散结构（如一般波导）所产生的相位失真等，也需要滤波器。此论文从微波的基础知识入手，逐渐扩展到微波滤波器的一些设计方法。一共分为五个章节。第一章主要是介绍了微波的一些基础概念以及微波的应用。第二章介绍了滤波器分类和设计原理。第三章介绍了微带线理论、分类及应用。第四章是微波带通滤波器参数的计算和软件设计及仿真。最后一章是对这次设计的一个总结。由于本人的学习能力有限，在设计过程中难免出现了一些错误，还请阅读者谅解，希望能给一些好的指导，在此表示感谢！IV目录前言……………………………………………………………………………….5第一章微波概论……………………………………………………………………………71.1微波……………………………………………………………………………71.2微波的特点和应用………………………………………………………………8第二章滤波器原理………………………………………………………………………112.1滤波器的基本概念……………………………………………………………112.2滤波器设计的两种出发点……………………………………………………152.3综合法滤波器…………………………………………………………………152.4滤波器原型……………………………………………………………………25第三章微波传输线……………………………………………………………………283.1微波传输线……………………………………………………………………283.2微带线…………………………………………………………………………283.3微带线的制造工艺……………………………………………………………313.4微带线的特点与应用…………………………………………………………323.5K，J变换器的介绍……………………………………………………………32第四章微波滤波器的设计和仿真…………………………………………………434.1总体设计要求…………………………………………………………………434.2参数计算………………………………………………………………………434.4ADS软件介绍………………………………………………………………………484.3软件设计和仿真……………………………………………………………………………52第五章结束语……………………………………………………………………………57参考文献……………………………………………………………………………58声明………………………………………………………………………………59致谢………………………………………………………………………………60第二章微波滤波器设计基础5第一章微波概论1.1微波微波是电磁波谱中介于普通无线电波（长波，中波，短波，超短波）与红外线之间的波段。它是属于无线电波中波长最短，即频率最高的波段。微波和普通无线电波、可见的和不可见的光波、χ射线、γ射线一样，本质上都是随时间和空间变化呈波动状态的电磁场即电磁波。尽管它们的表现各不相同，例如，可见光可以被人眼所感觉而其它波段则不能；χ射线和γ射线具有穿透导体的能力而其它波段则不具有这种能力；无线电波可以穿透浓厚的云雾而光波则不能等等，但他们都是电磁波。之所以出现这么多不同表现归根结底是因为它们的频率不同波长不同。微波波段区别于其它波段的主要特点是其波长可同常用电路或元件的尺寸相比拟，即为分米、厘米、毫米量级。其它多波段都不具有这个特点。普通无线电波的波长大于或远大于电路或元件的尺寸，电路或元件内部的波过程可忽略不计，因此可用路的方法进行研究。光波、χ射线、γ射线的波长则远小于常用元件的尺寸，甚至可以同分子和原子的尺寸相比拟，因此根本不可能用电磁的方法或普通电子学的方法来产生和研究它们，它们是同分子、原子或核的行为相联系的。由于微波的波长可以同元件或电路相比拟，因此电磁波在电路内甚至元件内的传播时间就不再是微不足道的，我们在普通无线电电子技术中的集总参数的概念和方法就不那么有效了。在频率较低的电路中，我们往往可以区分出电路的某一部分是电容，另一部分是电感或电阻，而连接它们的导线则既没有电容、电感，也没有电阻，这就构成集总参数电路。但是到了微波波段，元件中的电场与磁场已构成了一个整体——交变电磁场或电磁波，使用的元件成为传输线、波导、谐振腔等，因此，集总参数电路的方法就失效了。在微波领域中以麦克斯韦方程为基础的宏观电磁理论得到了最充分最成功的运用。当进一步过度到亚毫米波、红外线以至可见光或频率更高的电磁波谱时，由于波长逐渐同分子或原子的尺寸相比拟，宏观电磁理论又不是那么有效了，不那么完善，这时就必须运用量子理论的方法。当然，以上的划分不是绝对的，例如，在研究普通无线电波的辐射和传播问题时必须舍弃路的方法而采用场的方法；在研究原子或分子精细能级结构的微波发射与吸收时必须舍弃宏观的方法而采用量子的方法。但是，在研究光学的某些问题如反射、折射、衍射等时宏观的方法也是行之有效的。总之，微波波段的范围是由所应用的独特的元件、技术和研究方法所决定的。精确第二章微波滤波器设计基础6的划分出微波波段的范围是没有什么实际意义的。只能说波长从几米的量级到十分之几毫米的量级属于微波波段，通常把波长一米到一毫米（即频率300M至300GHz）之间的波段称为微波，波长从1毫米到0.01毫米的亚毫米波段是微波与红外的过度波段，有时把其中波长较长的部分归入微波领域。1.2微波的特点和应用自20世纪初无线电技术发展以来，使用的波段不断扩展。从最初使用的长波和中波一直扩展到超长波，另一方面尤为迅速地向短波方向扩展，经过短波、超短波，在20世纪40到50年代扩展到分米波和厘米波，在20世纪60到70年代又扩展到毫米波和亚毫米波。现在无线电波和光波之间不已不存在空白。微波波段研究的进展是由实际需要推动的，而微波的实际运用则是同微波的特点密切相关的。微波具有如下四个重要特点：1.2.1微波波长段易于实现定向辐射早在无线电发展初期，人们在实践中就认识到可以利用无线电波的反射测定目标物的位置，这就是雷达的原理。为了精确的，则必须让无线电波定向发射，也就是聚成一个窄束，不这样就无法判断反射波究竟是从哪个方向反射回来的。事实上在微波历史发展初期（20世纪40年代），微波技术几乎是与雷达一起发展起来的。现在雷达的种类和用途已是多种多样，如远程或超远程警戒雷达、炮火控制和瞄准雷达，火箭或航天器的制导及轨道警戒雷达、导航雷达、气象雷达、汽车防撞雷达等等。它们所使用的几乎无例外地是微波波段。微波易于实现定向辐射的特点还有助于点对点通信及定向广播。现代多路通信、卫星通信、卫星电视广播等都使用微波波段。1.2.2频率高、频带宽、信号容量大任何通信系统为了传递一定的信息必须占有一定的频带，纯粹的单频正弦波并不携带任何信息。为传递某种信息必须的频带宽度叫信道。例如，人耳所能听到的声音频带范围大约是在20至20000Hz，但为了能听懂对方的语言，大约只需传输300至3400Hz这一段频率的信号就够了，也就是说，一个语言信道至少要有3000Hz的频带，普通电第二章微波滤波器设计基础7话就是这样设计的。因此电话可以听懂但不悦耳，也就是不够逼真。为了相当逼真地传送语言和音乐，则需要占6至15KHz的频带，这就是广播所要求的频带。为了传送电视图象，则需要更宽的频带，对于我国的电视制式，一路黑白的或彩色的电视加上伴音要占据8MHz的频带。为了避免相互干扰，一个地区或一条线路上各个信道所占的频带必须错开，因此在一定频段内所能容纳的信道是有限的。即使采用数字通信，线路的信息容量仍然取决于线路的频带宽度。根据目前的技术水平，一条通信线路一般只有不超过百分之几的相对带宽。所以，为了把许多路电视、电话或电报同时在一条线路上传送，就必须使信道容量，现代多路通信系统包括卫星通信系统几乎无例外地工作在微波波段。1.2.3视距传播能穿透电离层各波段的无线电波传播特性是不一样的，长波可以沿着地球的弯曲表面传播到很远，这种传播方式叫地波。从中波过渡到短波，地波的衰减逐渐增大，传播距离逐渐减小。但短波可以借助60至300km高空的电离层折射返回地面，这种方式叫天波。短波通信就是利用了天波，它可实现远距离通信，但不够稳定，因为电离层的密度和高度随季节，昼夜以及太阳的活动而变化到了超短波和微波波段，地波的衰减更大，已无法利用。同时，这个波段的电磁波一般不能被电离层折射返回地面，它能穿过电离层，因此也不能采用天波的传播方式。超短波和微波只能在视距内沿直线传播，并能穿过电离层达到外层空间。这种传播称为空间波。微波的视距传播特性有它有利的一面，也有不利的一面。其有利方面是可以把作用范围限制在我们所需要的区域内，以避免干扰。同时由于微波可以穿透电离层而不像频率较低的电磁波那样被电离层折返或吸收，因此，地球和宇宙之间的通信、卫星通信等必须使用微波。1.2.4微波的热效应和微波能的应用高频率感应加热和介质加热早已应用在许多工业部门。在微波波段，材料的介质损耗增大，特别是含水份的材料对微波能的吸收非常有效，从而使微波成为很好的加热手段。微波加热具有效率高、透热深度大、加热迅速等