【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (321)其中，指濾波器的分?jǐn)?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(fù)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(shè)窄帶近似值為，就可以簡(jiǎn)化式(116)為(325)式： (325)其中和為測(cè)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(luò)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(dòng)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(diǎn)方程同理，可以根據(jù)基爾霍夫定律得到一個(gè)階的導(dǎo)納矩陣，并經(jīng)過進(jìn)一步的推導(dǎo)便可以得到散射參量由外部品質(zhì)因數(shù)來表達(dá)的關(guān)系式，其具體表達(dá)式如下(332)式和(333)式所示。由于其具體推導(dǎo)過程與上述環(huán)路方程的推導(dǎo)過程極其相似，所以在這里就不一一推導(dǎo)了，從簡(jiǎn)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(shè)計(jì)及仿真 橢圓函數(shù)帶通濾波器的設(shè)計(jì)流程本次設(shè)計(jì)微波橢圓函數(shù)帶通濾波器時(shí)，往往需要根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算及查表來確定濾波器的各級(jí)參數(shù)，但這樣所設(shè)計(jì)濾波器往往性能指標(biāo)難以達(dá)到要求。因此，本次設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與先進(jìn)的微波電路仿真軟件ADS2008相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)。： 橢圓函數(shù)帶通濾波器的設(shè)計(jì)流程圖 采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)橢圓函數(shù)帶通濾波器僅僅采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，需要根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算及查表來確定濾波器的各級(jí)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(shè)計(jì)的橢圓函數(shù)帶通濾波器的技術(shù)指標(biāo)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(tái)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(shè)計(jì)第一步，根據(jù)由低通到帶通的頻率變換，計(jì)算得到帶通橢圓函數(shù)濾波器的實(shí)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(shè)計(jì)指標(biāo)要求帶內(nèi)損耗小于1dB，帶內(nèi)損耗達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。曲線反應(yīng)的是回波損耗，一般回波損耗的值在1520dB，同時(shí)該曲線也反映了所設(shè)計(jì)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(duì)以上電路圖做進(jìn)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(shè)計(jì)方法，存在一定的計(jì)算誤差，所設(shè)計(jì)濾波器性能并不能達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。 傳統(tǒng)算法與ADS相結(jié)合設(shè)計(jì)已知所設(shè)計(jì)濾波器技術(shù)指標(biāo)后，可以利用ADS濾波器設(shè)計(jì)向?qū)е苯拥玫剿枰囊恍﹨?shù)，不用利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法根據(jù)大量經(jīng)驗(yàn)公式和查表計(jì)算，使設(shè)計(jì)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(dòng)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(shè)計(jì)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(gè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原理圖，： 三階橢圓函數(shù)帶通濾波器的設(shè)計(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。反應(yīng)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(gè)諧振腔體，即所設(shè)計(jì)的濾波器的階數(shù)為三。，有利于使帶外頻譜在短時(shí)間內(nèi)快速的衰減，提高濾波性能。 擴(kuò)大濾波器的階數(shù)設(shè)計(jì)為了進(jìn)一步提高所設(shè)計(jì)的橢圓函數(shù)帶通濾波器的性能，在最小階數(shù)三的基礎(chǔ)上采用增加濾波器的階數(shù)進(jìn)一步設(shè)計(jì)。但對(duì)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(diǎn)，無法接對(duì)稱負(fù)載，所以本次擴(kuò)大階數(shù)設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，采用了奇數(shù)階。 五階橢圓帶通濾波器的設(shè)計(jì)由低通到帶通的頻率變換，同時(shí)將帶寬展寬了100MHz以增加所設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原理圖，： 五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)指標(biāo)要求為帶內(nèi)損耗小于1dB，所以遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。曲線反應(yīng)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(shí)，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(diǎn)。 五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的微調(diào)設(shè)計(jì)為了進(jìn)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(dá)到最佳。 微調(diào)后五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)結(jié)果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。反應(yīng)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(shè)計(jì)的濾波器的階數(shù)。同時(shí)，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１?2 五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的各元件值最后，對(duì)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(shí)際元件值，則最終要設(shè)計(jì)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(shù)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(jī)前端，帶通濾波器性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)接收機(jī)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(dāng)前非常受關(guān)注的議題。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是我所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，而且使我對(duì)微波帶通濾波器的設(shè)計(jì)有了更進(jìn)一步的理解并使我學(xué)習(xí)了ADS的相關(guān)技術(shù)，完善了我的知識(shí)體系。這次設(shè)計(jì)主要有以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，掌握了微波濾波器設(shè)計(jì)的基本技術(shù)指標(biāo)；第二，學(xué)習(xí)了最常用的切比雪夫微波濾波器的設(shè)計(jì)方法；第三，通過對(duì)切比雪夫微波濾波器的設(shè)計(jì)方法和頻率變換原理以及低通原型濾波器結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，進(jìn)行了橢圓函數(shù)帶通濾波器的設(shè)計(jì)；第四，對(duì)設(shè)計(jì)原理圖進(jìn)行ADS仿真，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。第五，通過對(duì)最優(yōu)設(shè)計(jì)原理圖的仿真，最終得到和的數(shù)據(jù)顯示圖?？傊?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程使我受益匪淺，它不單純是知識(shí)的鞏固，更重要的是讓我學(xué)會(huì)了碰到困難是應(yīng)該怎樣獨(dú)立地思考并解決問題，而這個(gè)才是在我日后工作中最重要的。參考文獻(xiàn)[1] 甘本祓，[M].北京::1191[2] 梁昌洪. 簡(jiǎn)明微波[M]. 北京：高等教育出版社. 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