微带带通滤波器设计

微带带通滤波器设计姓名:杨凯学号:1104480134姓名:黄子宸学号:1104480115姓名:钱铖学号:1104480105指导教师:钱嵩松2014年5月目录摘要.................................................................................................-1-Abstract...............................................................................................-1-第1章引言......................................................................................-3-§1.1课题背景和意义..................................................................-3-§1.2微带滤波器国内外研究情况...............................................-5-§1.3滤波器的分类......................................................................-7-§1.4HFSS及ADS介绍..............................................................-8-第2章带通滤波器设计理论............................................................-9-§2.1带通滤波器的参数..............................................................-9-§2.2带通滤波器的设计原型....................................................-10-§2.3原型滤波器的元件值的归一化及其计算.........................-12-第3章微带带通滤波器的设计与优化..........................................-13-§3.1微带线和奇模、偶模特征阻抗.........................................-13-§3.2S参数.............................................................................-16-§3.3设计指标及流程图............................................................-19-§3.4原理图设计........................................................................-19-3.4.1低通滤波器原型的参数的计算..................................-21-3.4.2奇模和偶模特性阻抗的计算......................................-22-3.4.3微带线尺寸的计算.....................................................-23-3.4.4HFSS原理图绘制与仿真............................................-24-3.4.5ADS原理图绘制与仿真..............................................-25-§3.5微带带通滤波器的优化....................................................-27-3.5.1对HFSS结果的优化..................................................-27-3.5.2对ADS结果的优化....................................................-28-结束语...............................................................................................-30-致谢...............................................................................................-31-参考文献...........................................................................................-32--1-摘要本文首先介绍了微波滤波器的应用和当前的研究情况。然后介绍了滤波器的理论基础和重要参数。之后该论文基于仿真软件HFSS和ADS及公式的基础上，介绍了微带线带通滤波器的设计方法，同时借助HFSS和ADS软件分别对所设计的微带线滤波器进行了仿真和优化，最终得到比较理想的微带线滤波器。在进行原理图设计、仿真和优化的过程中，重点内容是原理图的绘制和S参数的优化。在已知公式和表格的基础上，能够计算出滤波器的各种参数，利用这些参数能够绘制原理图；S参数的优化主要是优化范围的修改和一个不断重复的过程。本次设计所完成的滤波器如下：通带8－10GHz，带内波纹0.5dB，7.2GHz以下及10.8GHz以上衰减大于40dB。结果表明，基于微波仿真软件HFSS和ADS的微带线带通滤波器能够顺利实现，并且重要参数能够较好的控制在所要求的范围内。关键词：微带线微带带通滤波器电磁仿真AbstractAtfirst,thispaperintroducestheapplicationofmicrowavefilters,andthecurrentstateofstudyingthefilters.Thenintroducesthetheorybasisandimportantparameter.WiththesoftwareHFSS,ADSandtheformula,thispaperalsowelldesignamicrostripband-passfilter.Atthesametimealsodothesimulationand-2-optiminationwiththehelpofHFSSandADS.Finallywegetarelativelyidealmicrostripfilter.Intheprocessofdesigningtheschematicdiagram,simulatingandoptimizing,thepointistodrawtheelementarydiagramandoptimizeparameterS.Basedontheformulaanddiagramknown,wecancalculatealltheparametersofthefilter.Withthat,wecandrawtheschematicdiagram.TheoptimizingoftheparameterSmainlyincludesthemodificationoftheoptimization’ssphereanditsrepetition.Thefiltersthisdesigncontainsareasfollows:Passband8-10GHz,thebandripple0.5dB,7.2GHzand10.8GHzweakensisbiggerthan40dB.Theresultshowsthatmicrostripband-passfilterbasedonmicrowavecircuitsimulationsoftwareHFSSandADSiseffective,andtheimportantparametercanbecontrolledintherequiredlimits.Keywords:microstrip,band-passfilter,electromagneticsimulation-3-第1章引言§1.1课题背景和意义科学技术的发展使得人类社会进入了信息时代，信息时代的主要标志之一就是信息的快速广泛的传递。信息传递必须通过两种方式：有线传输方式和无线传输方式。目前的固定电话、有线电视、有线互联网络都属于有线传输。移动通信、卫星通信属于无线通信。随着科学技术的进一步发展，人类对通信的需求越来越高，无线通信技术将发挥越来越重要的作用。图1-1是一种典型的移动电话射频电路方框图，图中的虚线部分表示在该无线通信设备中的滤波元件。从图中可以看出，信号的接收和发射都离不开滤波器，它们的尺寸以及工作性能直接影响整个无线通信设备的体积以及工作性能。图1-1一种典型的移动电话射频方框图无线通信技术和集成电路技术的迅猛发展，对无线通信电子设备-4-提出了更高的要求，集成化、小型化、高可靠性已经成为无线通信系统发展的必然趋势，这就要求电路在满足电气性能的同时，尽可能减少电路占用空间。为适应这一发展趋势，近年来出现了多芯片组件(MCM)、片上系统(SOC)、封装系统(SOP)等新的封装形式。这些新的封装形式，通过将不同信号的集成电路高密度地混合集成在一起，能够有效地减小系统的体积，从而实现了无线通信系统的小型化。目前，随着半导体技术的发展，无线通信系统中的有源电路已经实现了微型化并且能够有效地采用现代封装技术进行集成。而系统中的天线、滤波器、耦合器等无源电路尽管可以在一定程度上集成在现代封装系统中，但是，由于其工作性能的特殊要求及其特定的工作原理，还不能从设计上完全实现小型化，仍然面临着小型化、高性能化的关键技术难题。采用传统方法设计的滤波器尺寸一般比较大，在工作性能上也存在着一定的局限性，往往不能够满足现代无线通信系统的要求，急需从小型化和高性能设计两个方面进行改进。目前，国内外针对这一研究热点进行了广泛的研究，提出了一些新的设计方法，并且取得了一定的成效。从设计上实现滤波器小型化，不仅可以减小滤波器自身的尺寸面积，而且更加有利于系统的封装集成，进一步实现无线通信系统的小型化。因此，性能优良、高集成度的微波滤波器研究成为现代无线通信系统研究中一个十分关键的工作。微带滤波器因为重量轻、体积小、制造成本低且易于与其他微波电路集成等优点而广泛应用在无线通信系统中。-5-§1.2微带滤波器国内外研究情况移动通信产业惊人的成长速度超出了人们的想象，促进了滤波器的飞速发展，特别是固态化滤波器的发展，如晶体滤波器、陶瓷滤波器、SAW滤波器、介质滤波器等。市场需求的巨大动力促使各类滤波器不断扬长避短、改进提高，在很大程度上已突破了早期的多种性能、功能或成本局限。近年来，薄膜声学体波共振技术（FBAR）给射频前端滤波器小型化和集成化带来一线曙光。当然，许多问题涉及工艺控制与封装过程，有待解决。典型的FBAR测试结果显示，FBAR技术带来的高Q值和高耦合系数可与高级的陶瓷的和声表面波振子相媲美，目前达到的Q值己超过1000，与基于陶瓷的产品相比，FBAR技术在小型化方面占有绝对的优势，可实现体积小于目前基于陶瓷产品10%的产品。FBAR的电特性己经达到目前CDMA和PCS陶瓷双工器的性能标准。为了减小体积，村田公司开发出MB型片式介质滤波器，它是由2-3个同轴谐振器整块连体构成，而无需电路基板、耦合器、外罩等。PHS1900用最小的2级带通滤波器仅3.8×4.3×2.0(mm)，而