微带结构低通滤波器设计.docx

1、微带结构低通滤波器设计普通本科毕业设计题 目：微带结构低通滤波器设计学 院 软件与通信工程学院 学生姓名 学 号 专 业 届 别 指导教师 职 称 副教授 二一六 年 七 月普通本科生毕业论文（设计）诚信承诺书毕业论文（设计）题 目学生姓名专业通信工程学 号指导老师 职 称副教授所在学院软件与通信工程学院诚信承诺本人慎重承诺和声明：我承诺在毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业论文中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，如有违规行为发生，我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）： 年 月 日 摘 要随着雷达和无线通信等无线电技术的飞速发展，研

2、制低成本、高性能和小型化的微波电路已经成为了一项及其紧迫的任务。在微波通信、卫星通信、雷达导航等系统中，滤波器是重要的器件之一，它的性能好坏往往会对整个通信系统的性能指标产生直接的影响。工程设计和市场竞争的趋势要求电路一方面要满足电气性能指标，另一方面还要尽可能地减少电路所占用的空间。目前，在射频/微波电路中较常选用的是微带线结构的微波滤波器。这种结构的滤波器重量轻、通过光刻技术容易加工且方便与其他微波电路集成在一起，故许多通信系统均使用此类滤波器。但是，根据传统方法设计出来的微带结构滤波器的尺寸一般比较大，而且在性能上也存在着一定局限，往往无法满足现在无线通信系统的要求。为了提高微带结构滤波

3、器的性能，本论文重点研究微带线结构低通滤波器的设计与实现。主要从低通滤波器理想电路设计和微带结构低通滤波器设计两方面进行分析研究。在理想电路设计方面，采用了电容式和电感式两种设计方案。通过对理想电路的仿真结果比较，选择效果更加理想的电容式作为设计方案。在微带结构设计方面采用了阶梯阻抗线形式和开路线形式的设计方法，通过运用sonnet仿真比较，发现在带内特性方面，开路线形式优于阶梯阻抗线形式，但是开路线在截止频率方面的表现略劣于阶梯阻抗线。另外，二种设计思路都有一个共同的缺点带外衰减太慢。鉴于此，本论文最后提出具有传输零点的低通滤波器的设计方案，以此来解决带外衰减慢的问题，同时达到展宽阻带的作用

4、。【关键词】低通滤波器 微带结构 微波 阶梯阻抗 AbstractWith the rapid development of radio technologies such as radar and wireless communication, it is very necessary to design miniaturized microwave circuits with good performances and low cost. In the systems of satellite communications, radar and navigation, microwave

5、filter is one of the key components whose performance directly impact on the behavior of the whole communication system. Under the trend of engineering design and market competition, it is required for the circuits to meet the electrical performance targets and minimize the space occupied by the cir

6、cuit. At present, microstip structure is often used to design filters in RF/microwave circuits. Filters using microstip structure have good characteristics of small size, light weight, and can be easily produced by lithography and integrated with other microwave circuits. Therefore, many communicati

7、on systems select this kind of filter. However, the size of filter designed by traditional methods is usually relatively large and there are certain limitations of performance indicators, which thereby can not meet the requirement of wireless communication systems.In order to improve the performance

8、 of microstrip filter, this paper focuses on the study of the design and realization of microstrip low-pass filter. Ideal low-pass circuit design and microstrip low-pass filter design are two parts of this research. In the part of ideal circuit design, capacitive and inductive design proposals are e

9、mployed. By comparing the simulated results, the capacitive design proposal is adopted due to its better characteristics. In the part of microstrip low-pass filter design, step-impedance and open-circuit structures are used. By using the electromagnetic simulator sonnet to compare the response resul

10、ts, it can be seen that open-circuit structure is better than step-impedance structure in the passband of the filter, but open-circuit structure is worse than step-impedance structure for the performance of cutoff frequency. In addition, very slow attenuation in the stopband is a common drawback for

11、 both structures. In view of this, this paper presents a novel low-pass filter design scheme with transmission zeros to solve the problem of slow attenuation, and to enlarge the bandwidth of stopband.【Key words】 Low-pass filter; Microstrip structure; Microwave; Step-impedance 目 录1 绪论1.1 研究背景与意义 11.2

12、 发展历程及国内外研究现状 22 滤波器与微带线基础理论2.1 滤波器的原理 112.2 滤波器的分类 112.3 滤波器网络的散射参量 142.4 滤波器的基本技术参数 162.5 滤波器的实现 182.6 滤波器的微带实现 212.7 本章小结 233 低通滤波器的理论设计与分析3.1 引言 233.2 低通滤波器的设计 243.3 电感输入式切比雪夫低通滤波器 253.4 电容输入式切比雪夫低通滤波器 263.5 本章小结 274 低通滤波器的微带实现4.1 引言 284.2 高低阻抗低通滤波器的基本结构与分析设计 284.3 开路线低通滤波器的基本结构与分析设计 344.4 比较与分析

13、 364.5 具有传输零点的低通滤波器的设计 374.6 本章小结 425 总结与展望参考文献 44致 谢 46微带结构低通滤波器设计1 绪论1.1 研究背景与意义微波通常指的是频率在300MHZ-300GHZ之间的电磁波，这部分资源频谱被广泛应用在遥测遥感、电子对抗、通信、导航、探测、制导、医疗等领域中。近百年来，随着雷达和无线通信等无线电技术的飞速发展，极为庞大的市场需求，推动了微波理论以及技术的完善和发展。1.2 发展历程及国内外研究现状凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中。1.2.1 微波滤波器发展历程经过计算可得耦合系数：K= (1-1)其中和

14、分别为对称面放置PMC或PEC时的单腔谐振频率，在HFSS中建立耦合模型.图1-2 耦合系数计算模型1.3 本文的主要研究内容和任务本文第一章简要介绍本文研究的背景和意义，以及微带微波滤波器的发展历程、国内外研究现状和发展趋势。2 滤波器与微带线基础理论2.1 滤波器的原理滤波器是一种用来消除干扰的器件，将输入或输出经过个过滤而得到需要的信号。对特定的带宽或该带宽以外的频率进行有效滤除的电路。如图2-1所示的二端口网络，假定从一个端口输入一具有均匀功率谱的信号，我们可以看到信号2.2.2 按所采用的元器件按所采用的元器件可以分为无源和有源滤波器两种。1、无源滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)

15、组成的滤波器，它是利用电容和电感2.2.3 按所通过的信号的频段 （2-3）若Uk与Ik之间是线性关系，并且U=ZI，我们可以退出： （2-4）显然b与a之间也存在线性关系，并记为：b=Sa,其中S=（Z-1)(Z+1)-1。根据上述中的规定，S矩阵参数的定义如下： (2-5)式中符号的物理意义为： (2-6)由以上可以看出，只能在输入、输出端口完全匹配的条件下才能确定S矩阵参量。意味着，测量S11和S12时，首先要确保输出端口的传输线处于匹配状态，即形成a2=0的情况下；测量S22和S12时，必须先确保输入端口的传输线处于匹配状态，即a1=0。我们在进行设计时，主要是以滤波器的S矩阵参数作为

16、优化的目标。其中，S21是输出端接匹配负载时的正向传输参数，S12是输出端接匹配负载时的正向传输参数，S12是反向传输参数，滤波器通带/阻带的位置、衰减、带内/带外的衰减起伏全部表现在S21（S12）随频率变化的曲线上；S11是输入端口的反射系数，S22是输出端口的反射系数，由它们可以计算出输入、输出端口的电压驻波比。如果反射系数太大，就会使得反射损耗过大，并且影响系统前后级间的匹配问题，从而导致系统的性能下降。3 低通滤波器的理论设计与分析3.1 4 低通滤波器的微带实现5 总结与展望参考文献1杨海华、严伟、方汉平、孙兆鹏，2008：基于LTCC技术的宽阻带低通滤波器设计，2008年电子机械

17、与微博结构工艺学术会议论文集，第163-167页。2Sutono A, Heo D, Chen Y J, et al. High-Q LTCC-based passive library for wireless system-on-package (SOP) module development J. IEEE Trans Microwave Theory Tech, 2001, 49(10): 17151724.3Williams D F, Schwar z S E. Design and performance of coplanar waveguide bandpass filters

18、 J . IEEE Tr ansa ct ions on Microw ave Theory and Techniques, 1983, 31( 7) : 558-566.4顾小卫、蒙林、孙宜琴，2009年：一种新颖的微带低通滤波器，固体电子学研究与发展，第388-390页。5杨群，2011：小型化宽阻带低通滤波器的设计与研究，硕士论文，西南交通大学。6墨晶岩，2005：小型平面微波滤波器的研究，硕士论文，上海大学。7Jia-Sheng Hong,M.J.Lancaster,2001，Microstrip Filters for RF Microwave Application.8焦扬、梁唯一

19、、王均宏，2005：带阻及低通微带滤波器的分析与设计，北京交通大学学报，第29卷第5期，第52-55。9李坤胜，2011：紧凑型的微波低通滤波器，硕士论文，电子科技大学。10甘本拔，吴万春.现代微波滤波器的结构与设计.北京:科学出版社，1973，11一147。11Smain Amari and Giuseppe Macchiarella Synthesis of Inline Filters With Arbitranlly Placed Attenuation Poles by Using Nonresonating Nodes. IEEE Trans. On Microwave Theor

20、y and Tech,2005,53(10):3075-308112李嗣范, 微波元件原理与器件, 第一版 ed. 北京: 人民邮电出版社, 1982。 13J. S. Hong, S. Z. Li.Theory and Experment of Dual-mode Microstrip Triangular Patch Resonator and Filters. IEEE Trans. Microwave Theory Techniques, 2004.14董兵,2010：微带滤波器谐波抑制的研究，硕士论文,西南交通大学。15A.M.K. Saad, J.D. Miller, A.Mith

21、a, R.Brown. analysis of antipodal ridge aveguidestructureand application on extremelywide stopband lowpassfilter. IEEE MTT-S Digest.1986:361-36316黄小英，2010：切比雪夫微波低通滤波器的设计及研究，中国科技信息，2010年第8期，第101-104页。17W.J.Kerwin, L.P.Huelsman, and R.W.Newcomb, State-Variable Synthesis for Insensitive Integrated Circ

22、uit Transfer Functions, IEEE J.Solid-State Circuits,1967,346-352.18A.Fettweis, Realization of General Network Functions Using the Resonant-Transfer Principle in Proceeding of the Fourth Asilomar Conference on Circuits and System,Pacific Grove,CA,1970,67-8219宁俊松、罗正祥，2010：宽阻带平面低通滤波器的设计，电子科技大学学报，第221-2

23、26页。20George L. Matthaei, Leo Young and E.M.T Jones. Impendence-matching Networks and Coupling Structure Microwave filters.North Bergen,NJ,USA:Book Mart Press,1972,49-262.21杨茂辉、徐军、赵青、彭林，2010：一种新型小型化宽阻带低通滤波器设计，微波学报，2010年第26卷第4期，第61-64页22王新稳、李萍、李延平，2006：微波技术与天线（第二版），北京：电子工业出版社23李宗谦、余京兆、高葆新，2004：微波工程基础，北京: 清华大学出版社。24Li L, Li Z F, Wei Q F. Compact and selective lowpass filter with very wide stopband using tape red compact microstrip resonant cellsJ. IEEE lectron Lett,2009,45(5):267-268致 谢