【文章內(nèi)容簡介】 (321)其中，指濾波器的分數(shù)帶寬，為歸一化阻抗矩陣，在同步諧振濾波器中 = (322)其中為復合低通濾波器頻率變量。要注意 (323)與分別為輸入、輸出諧振器的外部品質(zhì)因數(shù)。將耦合系數(shù)定義為(324)式所示： (324)并假設窄帶近似值為，就可以簡化式(116)為(325)式： (325)其中和為測得的外部品質(zhì)因數(shù)，如下式(326)所示： (326)歸一化耦合系數(shù)為(327)式所示： (327)(b)(a)中電路的網(wǎng)絡表示圖，其中、與、分別為濾波器端口的電壓變量和電流變量，波動變量由，，表示，指的是入射波，指的是反射波。，可知，且，由此 (328)因而可得： (329)解方程式(320)得： (330)其中，指矩陣中第行第列的值。將式(330)代入(329)可得 用式(326)及(327)中定義的外部品質(zhì)因數(shù)來表示，即為(331)式所示： (331) 節(jié)點方程同理，可以根據(jù)基爾霍夫定律得到一個階的導納矩陣，并經(jīng)過進一步的推導便可以得到散射參量由外部品質(zhì)因數(shù)來表達的關系式，其具體表達式如下(332)式和(333)式所示。由于其具體推導過程與上述環(huán)路方程的推導過程極其相似，所以在這里就不一一推導了，從簡處理直接得出其最后的結(jié)論以供方便使用。 (332) (333)第4章 橢圓函數(shù)濾波器的設計及仿真 橢圓函數(shù)帶通濾波器的設計流程本次設計微波橢圓函數(shù)帶通濾波器時，往往需要根據(jù)大量的經(jīng)驗公式計算及查表來確定濾波器的各級參數(shù)，但這樣所設計濾波器往往性能指標難以達到要求。因此，本次設計采用傳統(tǒng)的設計方法與先進的微波電路仿真軟件ADS2008相結(jié)合的方法來設計。： 橢圓函數(shù)帶通濾波器的設計流程圖 采用傳統(tǒng)方法設計橢圓函數(shù)帶通濾波器僅僅采用傳統(tǒng)的設計方法，需要根據(jù)大量的經(jīng)驗公式計算及查表來確定濾波器的各級參數(shù)，其具體過程如下所述。 橢圓函數(shù)濾波器低通原型的確定本次設計的橢圓函數(shù)帶通濾波器的技術指標為：中心頻率2GHz，帶寬200MHz；帶內(nèi)損耗小于1dB，帶外衰減大于35dB，則由下式(41)和(42)所示： (41) (42)得 ；第一步，在MATLAB平臺下調(diào)用橢圓函數(shù)濾波器求階數(shù)函數(shù)ellipord求其階數(shù)，其調(diào)用格式為。其中，n為橢圓函數(shù)濾波器最小階數(shù)；為上邊帶頻率；為下邊帶頻率；為通帶波紋；是阻帶最小衰減。： 橢圓函數(shù)濾波器的階數(shù)求解，橢圓函數(shù)濾波器的最小階數(shù)為6第二步，確定橢圓函數(shù)濾波器低通原型電路，并查表得到各元件值。 六階橢圓函數(shù)低通歸一化原型電路圖查表得C1=，C2=，L2=，C3=，C4=，L4=，C5=，L6=，R1=1，R2=1 橢圓函數(shù)帶通濾波器電路的設計第一步，根據(jù)由低通到帶通的頻率變換，計算得到帶通橢圓函數(shù)濾波器的實際電路圖。已知 則由式和式得表41所示由低通到帶通頻率變換后的六階橢圓函數(shù)帶通濾波器各元件值。表41 六階橢圓函數(shù)帶通濾波器各元件值第二步，橢圓函數(shù)微波帶通濾波器的電路經(jīng)微波電路仿真軟件ADS2008仿真。： 六階橢圓函數(shù)帶通濾波器的原理圖，經(jīng)微波電路仿真軟件ADS2008仿真，仿真結(jié)束后，橫軸為頻率范圍，縱軸是用分貝表示的和。 六階橢圓函數(shù)帶通濾波器的數(shù)據(jù)顯示圖，（），本次設計指標要求帶內(nèi)損耗小于1dB，帶內(nèi)損耗達到了設計指標要求。曲線反應的是回波損耗，一般回波損耗的值在1520dB，同時該曲線也反映了所設計濾波器的腔體數(shù)。，有利于使帶外頻譜在窄的頻帶內(nèi)快速衰減，提高濾波性能。第三步，對以上電路圖做進一步的優(yōu)化仿真。，橫軸為頻率范圍，縱軸是用分貝表示的和。，可以看出優(yōu)化后的橢圓函數(shù)帶通濾波器的性能并沒有很大的改善，甚至變化幾乎為零。所以僅僅采用傳統(tǒng)的設計方法，存在一定的計算誤差，所設計濾波器性能并不能達到最優(yōu)設計。 傳統(tǒng)算法與ADS相結(jié)合設計已知所設計濾波器技術指標后，可以利用ADS濾波器設計向?qū)е苯拥玫剿枰囊恍﹨?shù)，不用利用傳統(tǒng)設計方法根據(jù)大量經(jīng)驗公式和查表計算，使設計過程更精確、更便捷，其具體過程如下所述。 橢圓函數(shù)帶通濾波器階數(shù)的確定啟動ADS軟件后，創(chuàng)建原理圖Filter11，選擇[DesignGuide]菜單，利用快捷元件DTLCBandpassDT1來設計的，：由上圖可知，輸入橢圓函數(shù)帶通濾波器的源阻抗為50Ω，濾波器第一個元件的串并方式為并聯(lián)方式，帶內(nèi)衰減為1dB，帶外衰減為35dB等參數(shù)，可直接得到濾波器的最小階數(shù)為三階。 橢圓函數(shù)帶通濾波器電路圖的設計由上圖可知濾波器的階數(shù)為三階，根據(jù)由低通到帶通的頻率變換，可得到所需帶通濾波器的設計原理圖，： 三階橢圓函數(shù)帶通濾波器的設計原理圖，經(jīng)微波電路仿真軟件ADS2008仿真，仿真結(jié)束后，橫軸為頻率范圍，縱軸是用分貝表示的和。 三階橢圓函數(shù)帶通濾波器的數(shù)據(jù)顯示圖，（）可達到設計指標要求。反應的是回波損耗，一般回波損耗值在1520 dB，但可以明顯的從其曲線變化看出有三個諧振腔體，即所設計的濾波器的階數(shù)為三。，有利于使帶外頻譜在短時間內(nèi)快速的衰減，提高濾波性能。 擴大濾波器的階數(shù)設計為了進一步提高所設計的橢圓函數(shù)帶通濾波器的性能，在最小階數(shù)三的基礎上采用增加濾波器的階數(shù)進一步設計。但對橢圓函數(shù)濾波器來說，偶數(shù)階橢圓函數(shù)由于自身函數(shù)的特點，無法接對稱負載，所以本次擴大階數(shù)設計濾波器時，采用了奇數(shù)階。 五階橢圓帶通濾波器的設計由低通到帶通的頻率變換，同時將帶寬展寬了100MHz以增加所設計的橢圓函數(shù)濾波器的階數(shù)，得到了階數(shù)為五階的橢圓函數(shù)帶通濾波器的設計原理圖，： 五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的設計原理圖，經(jīng)微波電路仿真軟件ADS2008仿真，仿真結(jié)束后，橫軸為頻率范圍，縱軸是用分貝表示的和。 五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的數(shù)據(jù)顯示圖，（如圖m1），本次設計指標要求為帶內(nèi)損耗小于1dB，所以遠遠滿足了設計指標要求。曲線反應的是回波損耗，一般回波損耗值在1520dB，但顯示腔體數(shù)的曲線變化不是特別規(guī)整。同時，還可以明顯的看出五階橢圓函數(shù)濾波器比三階橢圓函數(shù)濾波器的衰減更為陡峭，可以快速的降到衰減的最低點。 五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的微調(diào)設計為了進一步的改善濾波器的數(shù)據(jù)顯示值，使其顯示的數(shù)據(jù)值達到最佳。 微調(diào)后五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的設計原理圖，經(jīng)微波電路仿真軟件ADS2008仿真，仿真結(jié)束后，橫軸為頻率范圍，縱軸是用分貝表示的和。 微調(diào)后五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的數(shù)據(jù)顯示圖，（），相比于前面幾種設計結(jié)果，遠遠滿足了設計指標要求。反應的是回波損耗，一般回波損耗值在1520 dB，，而且變化曲線也更有規(guī)律，可以清楚地顯示出諧振腔體的數(shù)目，即所設計的濾波器的階數(shù)。同時，還可以明顯的看出五階橢圓函數(shù)濾波器比三階橢圓函數(shù)濾波器的衰減更為陡峭，可以在最窄的頻帶內(nèi)衰減到最小值，濾波性能明顯提高了?？傊?。表42 五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的各元件值最后，對以上幾種不同的橢圓函數(shù)帶通濾波器的原理圖經(jīng)ADS軟件仿真得到的數(shù)據(jù)顯示圖綜合分析后，便也得到了最佳的實際元件值，則最終要設計的濾波器的各元器件值如下表42所示?？偨Y(jié)由于無線通信技術的飛速發(fā)展,使電磁波頻譜變得越來越擁擠，而在無線通信系統(tǒng)中，尤其是在接收機前端，帶通濾波器性能的優(yōu)劣直接影響到整個接收機性能的好壞。因此，發(fā)展高性能，研究小型化的微波濾波器是當前非常受關注的議題。這次畢業(yè)設計不僅是我所學知識的總結(jié)，而且使我對微波帶通濾波器的設計有了更進一步的理解并使我學習了ADS的相關技術，完善了我的知識體系。這次設計主要有以下幾點內(nèi)容：第一，掌握了微波濾波器設計的基本技術指標；第二，學習了最常用的切比雪夫微波濾波器的設計方法；第三，通過對切比雪夫微波濾波器的設計方法和頻率變換原理以及低通原型濾波器結(jié)構的學習，進行了橢圓函數(shù)帶通濾波器的設計；第四，對設計原理圖進行ADS仿真，達到設計指標的要求。第五，通過對最優(yōu)設計原理圖的仿真，最終得到和的數(shù)據(jù)顯示圖。總之，這次畢業(yè)設計的過程使我受益匪淺，它不單純是知識的鞏固，更重要的是讓我學會了碰到困難是應該怎樣獨立地思考并解決問題，而這個才是在我日后工作中最重要的。參考文獻[1] 甘本祓，[M].北京::1191[2] 梁昌洪. 簡明微波[M]. 北京：高等教育出版社. 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