基于HFSS的同轴腔体带通滤波器设计入门Word格式文档下载.docx

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一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，实际上，并不存在理想的带通滤波器。

1.2腔体滤波器的主要技术参数

滤波器的主要参数包括：

通带中心频率，通带带宽，插入损耗，回波损耗，带外抑制，截止频率，带内波纹，延迟，功率容量等，基于篇幅原因，本文主要关注前五项。

（1） 通带中心频率（CenterFrequency）:

即滤波器通带的中

心频率点f0,通常f0=（fl+f2）/2,f2、fl为带通滤波器上下边频，是中心频率两侧功率相对下降3dB或IdB的频点。

⑵ 通带带宽（BandWidth）：

指需要通过的频谱宽度，即

BW=f2-flo

（3）插入损耗（InsertLoss）:

指在信号的传输过程中由于滤波器的接入而发生的功率损耗，接入滤波器前后所接收到功率的比值，以（分贝）dB标识。

（4）回波损耗（ReturnLoss）:

即输入端口信号的功率与反射回来的功率之比，以（分贝）dB标识。

（5）带外抑制：

衡量滤波器选择性能好坏的重要指标，该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。

1.3腔体滤波器的分类

根据滤波器的内部结构分类：

（1）梳状线腔体滤波器与交指型腔体滤波器：

因形状类似梳子或像交叉的手指而得名，它们通过终端加载电容，可以有效的缩短尺寸，有利于小型化研究。

输入输出通常采用抽头式结构，比传统结构少两根谐振杆。

但两种滤波器通常只能通过切比雪夫响应函数来实现，无法满足带外抑制要求高的应用。

⑵同轴腔体滤波器：

因谐振腔和谐振杆同轴而得名，单个滤波器的所有］皆振腔都是平面分布，腔与腔之间可用墙隔开，亦可开窗作耦合用。

谐振腔的形式可以是圆形或方形，谐振杆的形式也多种多样。

腔与腔之间耦合主要通过在墙上挖窗口或添加耦合环、耦合哑铃实现。

同轴腔体滤波器可以很容易的实现非相邻谐振腔之间的交叉耦合，以实现多个非对称带外抑制点，这是它最大最突出的优点。

（3）波导腔体滤波器：

纯空气腔，中间无金属谐振杆。

其显著特点是：

功率容量大，损耗小，加工简单，主要应用于频率较高的通信系统中。

2滤波器设计指标与设计过程

2.1滤波器技术要求

带通腔体滤波器的主要设计指标如下：

中心频率：

f0=480MHz

通带带宽：

BW=f2-fl=8MHz

插入损耗：

IL小于IdB

回波损耗：

RL大于等于20dB

带外抑制：

在距离中心频率78MHz的地方衰减大于45dB

输入输出方式：

标准SMA接头

2.2设计过程

根据滤波器设计要求，选择切比雪夫滤波器综合模型，借助Matlab程序，计算得到滤波器采用四阶实现、两腔之间的耦合系数k及耦合方式，主要采用磁耦合，即无交叉耦合存在。

然后用HFSS对其物理模型进行仿真，包括单腔谐振、双腔耦合、输入输出抽头结构，分别确定谐振腔和谐振杆的大小与尺寸、耦合窗口或耦合环的大小与尺寸、输入输出的位置,最后进行整体仿真。

考虑到理论设计与实际加工的误差，设计时对部分设计指标留有余量，此处将带宽增至12MHz,将带外抑制指标提高到在距离中心频率70MHz大的地方衰减大于50dBo

2HFSS仿真分析

2.3单谐振腔仿真

因滤波器的中心频率偏低，为减小体积，减轻重量，节约成本，谐振腔采用圆形结构，谐振杆采用中部挖空并加帽的结构。

通过改变谐振腔的大小及谐振杆的高度与直径来确定单腔谐振频率，亦可通过调谐螺钉来改变调试谐振频率，使中心频率为设计指标要求的中心频率。

如图1所示，在HFSS中对单谐振腔建模，进行Eigenmode分析，通过改变谐振杆和调谐钉的长度对单个谐振腔的工作频率进行仿真，因负载激励源会令谐振频率略有降低，故仿真时，使单谐振腔中心频率在485MHz,最终得到谐振腔大小（长*宽*高）为65mm*65mm*68mm,谐振杆的总长度为65mm,其中底座长19mm,谐振柱加帽长46mm,为考虑实际加工和调谐，模型中加入了调谐螺钉。

图1单腔谐振仿真 图2双腔耦合仿真

2.4双腔耦合仿真

如图2所示，分别对两个相邻谐振腔（1和2、2和3、3和4）在不接源和负载的情况下进行Eigenmode分析，得到耦合双腔模型两个谐振腔的谐振频率，然后通过改变腔与腔之间的窗口大小或者耦合螺钉来调节耦合量，此模型12腔、23腔、34腔间开窗宽度分另寸为47mm,52mm,47mm,每相邻两个腔之间的耦合系数符合前期Matlab的计算结果。

2.5端口激励仿真

如图3,在HFSS中建立模型对单f皆振腔加载源或负载，进行DrivenTerminal分析，得到不同抽头高度、抽头半径所对应的输入输出的端口有载Q值，最终取抽头离地面高度为14mm,抽头半径为2mmo

（下转第181页）用RS485输出接口，接口简单、安全可靠，稳定性好，适合二次开发。

6） 能可靠检测车辆是否在停车位上，具有防误检功能，如防相邻车位误检、人员在停车位误检、障碍物误检等

7） 完全自主开发，拥有全部的知识产权和生产技术，提供良好的技术服务保证，质美价廉。

|定时器|

T，调制,一]_日振荡器|_a|超声波发射器

] ~|增益放大卜_|超声波接收器匕

显示器

5上机位平台

上机位平台采用STM32F103C8T6芯片和8MHZ晶振连接方式。

STM32系列芯片除新增的功能强化型外设接口夕卜，STM32互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口，这种外设共用性提升了整个产品家族的应用灵活性，使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。

新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s模数转换器（交错模式下2-Msample/s）、两个12位数模转换器、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口。

新产品外设共有12条DMA通道，还有一个CRC计算单元，像其它STM32微控制器一样，支持96位唯一标识码。

新系列微控制器还沿续了STM32产品家族的低电压和节能两大优点。

2.0V到3.6V的工作电压范围兼容主流的电池技术，如锂电池和镣氢电池，封装还设有一个电池工作模式专用引脚Vbat。

以72MHz频率从闪存执行代码，仅消耗27mA电流。

低功耗模式共有四种，可将电流消耗降至两微安。

从低功耗模式快速启动也同样节省电能；

启动电路使用STM32内部生成的8MHz信号，将微控制器从停止模式唤醒用时小于6微秒。

而STM32F103C8T6是一款集成电路，芯片尺寸为32为，程序存储器容量是64KB,需要电压2V~3.6V,工作温度为-40龙~85龙。

相对于其他连接方式，8MHZ晶振连接方式外部时钟是各个芯片内部都有一个时钟拓扑，通过配置芯片内部的寄存器可以将外部时钟进行分频、倍频、差频等，从而得到芯片内部各个模块工作的时钟。

32.768KHZ的时钟晶振产生的振荡信号经过石英钟内部分频器进行15次分频后得到1HZ秒信号，即秒针每秒钟走一下，石英钟内部分频器只能进行15次分频，要是换成别的频率的晶振，15次分频后就不是1HZ的秒信号，时钟就不准。

32.768K=32768=2的15次方，数据转换比较方便、精确。

6发展前景

随着经济社会的稳定发展，人们的生活水平也不断提高，最显而易见的就是代步工具从自行车到小汽车的转变，但随之而来的也有一系列的问题出现。

汽车的普及不仅使得道路资源迫切需要增加，也使得停车场资源难以满足社会要求，但并非是停车场本身资源的不足，而是因为空位资源难以在短时间内被发现而导致错过使用。

这一现象不仅出现在一线城市中的各种娱乐城、商圈、住宅区，也出现在校园、二三线城市，农村中，这是我们要面临解决的社会问题。

从社会效益层面来说，我们的停车场空位检测系统能够改善上述出现的问题，缓解社会停车资源紧缺的矛盾，以保证能够充分调配空车位资源；

从商业效益层面上说，这个系统能够节省消费者的时间成本和提供直接的停车势必能够增加与竞争对手的优势，从而能达到发展和维系客户的目的，为其带来更大的经济利益。

总的来说，这是能够满足社会经济发展需求的项目，具有非常大的发展前景，一定程度上能促进社会的发展。

7结束语

■■停车场控卫检测系统本身就有着其独特的市场需求，所有的改变的目标就是希望能够提高场地实用性、提高效率、降低损失,所有的新技术的产生是必然的，技术发展的方向也应该符合技术范畴以及跟上信息化时代的,超声波检测器可以改变固有的找车位方式，而上机位平台直接后台操作以及显示屏显示，间接的节省人工，增加停车效率。

相信未来的技术生产出的系统性能可以更节能、环保，成本更低。

项目名称：

停车场空位检测系统；

项目编号：

16057;

资助单位：

广东培正学院

（上接第186页）

图3输入输出激励仿真 图4四腔整体性能仿真

2.6四阶同轴腔体滤波器整体仿真

值。

Frequency/GHz

图5滤波器整体结构频率响应曲线

参考文献：

[1]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,1973,3-23

[2]J.S.HongandM.J.Lancaster.MicrostripFiltersforRF/MicrowaveApplications.NewYork:

wiley,2001,244-256

[3]架秀珍，房少军.微波工程基础.大连:

大连海事大学出版社.2000,2-4

[4]杨永侠，刘方方，郭亮同轴腔体带通滤波器的研究与设计叮西安工业大学学报，2015,35（7）:

521-526.

结合以上仿真设计步骤已经确定了的单谐振腔结构尺寸、两相邻腔体之间的开窗大小、耦合螺钉深度，以及输入输出抽头高度与半径后，组合各部分，建立的四腔对称切比雪夫同轴腔体滤波器整体结构模型，如图4,综合并仿真得出四阶腔体滤波器的频率响应曲线如下：

由图可得中心频率以及带宽均符合初始设计指标的要求，回波损耗在带宽范围内小于-20dB,在离开中心频率70MHz的地方，带外抑制达到-60dBo

3结束语

-本文景用现代滤波器的结构与设计理论，详细阐述了基于HFSS仿真软件的同轴腔体带通滤波器的设计思路与步骤，最终得出满足要求的整体结构模型。

该设计方法提高了设计精度，加强了设计规范，缩短了设计周期，在实际工程中有良好的参考价