微带结构低通滤波器设计.docx
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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
二〇一六年七月
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。
【关键词】低通滤波器微带结构微波阶梯阻抗
Abstract
Withtherapiddevelopmentofradiotechnologiessuchasradarandwirelesscommunication,itisverynecessarytodesignminiaturizedmicrowavecircuitswithgoodperformancesandlowcost.Inthesystemsofsatellitecommunications,radarandnavigation,microwavefilterisoneofthekeycomponentswhoseperformancedirectlyimpactonthebehaviorofthewholecommunicationsystem.Underthetrendofengineeringdesignandmarketcompetition,itisrequiredforthecircuitstomeettheelectricalperformancetargetsandminimizethespaceoccupiedbythecircuit.Atpresent,microstipstructureisoftenusedtodesignfiltersinRF/microwavecircuits.Filtersusingmicrostipstructurehavegoodcharacteristicsofsmallsize,lightweight,andcanbeeasilyproducedbylithographyandintegratedwithothermicrowavecircuits.Therefore,manycommunicationsystemsselectthiskindoffilter.However,thesizeoffilterdesignedbytraditionalmethodsisusuallyrelativelylargeandtherearecertainlimitationsofperformanceindicators,whichtherebycannotmeettherequirementofwirelesscommunicationsystems.
Inordertoimprovetheperformanceofmicrostripfilter,thispaperfocusesonthestudyofthedesignandrealizationofmicrostriplow-passfilter.Ideallow-passcircuitdesignandmicrostriplow-passfilterdesignaretwopartsofthisresearch.Inthepartofidealcircuitdesign,capacitiveandinductivedesignproposalsareemployed.Bycomparingthesimulatedresults,thecapacitivedesignproposalisadoptedduetoitsbettercharacteristics.Inthepartofmicrostriplow-passfilterdesign,step-impedanceandopen-circuitstructuresareused.Byusingtheelectromagneticsimulatorsonnettocomparetheresponseresults,itcanbeseenthatopen-circuitstructureisbetterthanstep-impedancestructureinthepassbandofthefilter,butopen-circuitstructureisworsethanstep-impedancestructurefortheperformanceofcutofffrequency.Inaddition,veryslowattenuationinthestopbandisacommondrawbackforbothstructures.Inviewofthis,thispaperpresentsanovellow-passfilterdesignschemewithtransmissionzerostosolvetheproblemofslowattenuation,andtoenlargethebandwidthofstopband.
【Keywords】Low-passfilter;Microstripstructure;Microwave;Step-impedance
目录
1绪论
1.1研究背景与意义1
1.2发展历程及国内外研究现状2
2滤波器与微带线基础理论
2.1滤波器的原理11
2.2滤波器的分类11
2.3滤波器网络的散射参量14
2.4滤波器的基本技术参数16
2.5滤波器的实现18
2.6滤波器的微带实现21
2.7本章小结23
3低通滤波器的理论设计与分析
3.1引言23
3.2低通滤波器的设计24
3.3电感输入式切比雪夫低通滤波器25
3.4电容输入式切比雪夫低通滤波器26
3.5本章小结27
4低通滤波器的微带实现
4.1引言28
4.2高低阻抗低通滤波器的基本结构与分析设计28
4.3开路线低通滤波器的基本结构与分析设计34
4.4比较与分析36
4.5具有传输零点的低通滤波器的设计37
4.6本章小结42
5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
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）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
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