【正文】 1 . 21 5a120。但是由于時間有限，射頻濾波器的；理論學習相對比較粗超膚淺，所以理論方面的薄弱導致后續(xù)優(yōu)化工作很難，相應(yīng)的設(shè)計仿真出來的濾波器效果雖然勉強達到效果，但是如果想做出實物甚至作出相應(yīng)的后續(xù)產(chǎn)品的話還需要進一步的優(yōu)化微調(diào)。1 512b = 0 . 3 圖 要想改善傳輸零點，主要通過調(diào)節(jié)饋線的距離 b=（當然，分形的大小對傳輸零點也有一定的影響，因為本論文是基于等腰直角三角形結(jié)構(gòu)，而此處分形結(jié)構(gòu)依然相對完好，所以優(yōu)化工作未做調(diào)整），我們把饋線距離從最初的 調(diào)整到 ，綜合考慮回波損耗與傳輸零點兩個指標，覺得在饋線距離為 是效果最好。1 . 21 4 0 . 3a12 圖 工作頻率為 圖 微帶線覆銅 第四章 分形貼片等腰三角形濾波器的設(shè)計與仿真 31 圖 地平面覆銅 圖 添加波端口激勵源 圖 介質(zhì)基板顯示圖 32 分形貼片濾波器的 設(shè)計 圖 空氣盒邊界 Radiation 示意圖 其分析結(jié)果圖如圖 所示 0 2 4 6 8504540353025201510505S(1. 1) S(1. 2)Fr eq (GHz)LA(db) 圖 分析結(jié)果 由圖 中的 S11 曲線可知其工作頻率約為 ，回波損耗為 32db，小于 15db，滿足要求；由 S12 曲線可知，其傳輸零點約為 20db，插入損耗為 1db，大于 3db，滿足指標，需要優(yōu)化的是傳輸零點，如果可以在不影響其它參數(shù)的前提下把傳輸零點拉至 30db 以下，那么濾波效果會有所改善。圖 圖 模型的電流分布圖 30 分形貼片濾波器的 設(shè)計 分形貼片濾波器的設(shè)計 類似于上述工作頻率為 工作頻率的濾波器，我們又設(shè)計了一個工作頻率在 范圍的濾波器， solution frequency 設(shè)為 ，最大迭代 20，精度2%， sweep frequency 1G8G， step frequency ，電路表面鋪上 copper，基板如上述論問題到，介電常數(shù)為 ，厚度 h=。圖形如圖 （ a）、（ b）所示。 在之前微波理論學習與研究的基礎(chǔ)上，熟悉了 hfss軟件的使用，提出 ，在這些基礎(chǔ)上運用 hfss軟件設(shè)計了如圖所示的模型 1 2 . 0 28 . 4 94 5 176。如圖 介紹了幾種常見的分型結(jié)構(gòu)的貼片三角形濾波器。 傳統(tǒng)的三角形諧振器設(shè)計的濾波器均有不足之處，采用單個三角形貼片的濾波器僅通帶一側(cè)產(chǎn)生衰減極點，性能不夠理想；幾個三角形貼片相互耦合構(gòu)成的濾波器，題解較大，加工誤差較大。它還 實現(xiàn)電路的小型化和寬頻帶。在射頻電路設(shè)計，分形可以在建立貼片諧振器中使用微帶線和微帶缺陷。典型的分形其形狀和尺寸始終由一定的數(shù)學方法決定，具有嚴格自相似的，并且可以被稱為良好的穩(wěn)壓或有規(guī)律的分形。然而，他們的工作集中在天線，而不是濾波器。在過去，貼片濾波器的設(shè)計主要集中在雙模式（主模式和其簡并模式）高階模式不考慮。與傳輸線基本的濾波器相比，貼片濾波器具有更緊湊的尺寸，更低的損耗和更高的功率處理功能。有的開發(fā)新的等腰三角形諧振器 [36]，它是寬頻帶的帶通濾波器，還有的報道了利用等邊三角形諧振器 [27]可控制操作的新穎的帶通濾波器。 然而，與方形和圓形貼片濾波器 [25]相比相關(guān)文獻很少。然而， IRT 諧振器很少受到關(guān)注。當 ha 時， ae≈a，其外 ae可以采用式 31近似計算： 21 [ l n ( ) 1 . 7 7 2 6 ]e haaa ah??? ? ? (32) 從式 32可以看出貼片諧振器的諧振基模模式為模，其諧振頻率與諧振器邊緣場的有效半徑有密切的關(guān)系，且在既定的諧振頻率下諧振器電磁場存在簡并模式，該模式也常常被用來設(shè)計雙模濾波器。同時貼片諧振器也有多種小型化的設(shè)計方法，比如在很多雙模濾波器的設(shè)計中，一般會在貼片諧振器上開分形槽，使得它的諧振頻率下降。雖然貼片諧振器有較大的 能量輻射損耗，但是若采用貼片諧振器設(shè)計濾波器，它們通常會有一個金屬外殼包圍，可以將輻射損耗降到最低。（所有的調(diào)查都是關(guān)于等腰直角三角形諧振器濾波器，并且所有的計算和設(shè)計都是在使用 、厚度 ） 圖 模擬等腰直角三角形諧振器前 4個諧振模式的諧振頻率 貼片諧振器 常見諧振器 常見的貼片諧振器有圓形貼片，三角貼片以及方形貼片等等，如圖 。 表 等腰直角三角形貼片諧振器 TM模式 Mode sequence m,n Km,n .L? fr 1 0,1 2 0,1 2 .2 rcf L ?? 2 1,1 2 1,1 rcf L ?? 3 1,2 7 1, 2 7 .2 rcf L ?? ? 4 2,1 22 2,1 2. rcf L ?? 諧振器的 TM 模式屬性計算見表 。 等腰直角三角形貼片諧振器諧振頻率可以表示為 [31][28] 22 分形貼片濾波器的 設(shè)計 22 22 nmnmL cfrr??? ? （ 31） 其中， L是三角形底邊長度， C 為在自由空間中光速， r? 是相對介電常數(shù)，整數(shù) m和 n決定的諧振模式當 m= 0和 n = 1時，得到的主要模式，其諧振頻率可以表示為 )2(201RLcf ?? （ 32） 所以當選定所設(shè)計的濾波器的工作頻率時，其外部三角形的尺寸基本也隨著確定，我們設(shè)計的濾波器工作頻率為 4G，根據(jù)式（ 32）可以得到其底邊長 。 了解并選用微帶線，使用“ Hfss”軟件進行微波帶通濾波器的設(shè)計及仿真，其帶通濾波器的技術(shù)指標應(yīng)滿足如下要求： 1)信號頻率 f0—— 10GHz 2)信號帶寬Δ f—— 約 1GHz損耗 2db 3)插入損耗 ?3db 4)帶外衰減 ?15db 5)輸入輸出端口為 50 6)材料選 r? = h＝ 濾波器指標的確定 為了改善三角形貼片濾波器的 通 帶特性同時適應(yīng)小型化的要求，我們設(shè)計了一種采用單個分 形 結(jié)構(gòu)的三角形貼片濾波器，分 形 結(jié)構(gòu)可以有效減小濾波器的尺 寸提高簡并模之間的耦合；濾波器輸入端（ I/O）采用平行微帶線直接連接諧振器，不再存在細縫耦合的問題，也無插槽尺寸的影響，因此插入損耗降低，在通帶附近左右兩側(cè)各有一個衰減極點出現(xiàn)，克服了 S 參數(shù)不理想的弊端。 第三章 分形貼片三角形濾波器的理論基礎(chǔ) 21 第三章 分形貼片三角形濾波器的理論基礎(chǔ) 前言 工作步驟與指標 熟悉和了解微波電路仿真與設(shè)計軟件 Hfss的基本功能與基本操作。應(yīng)用于衛(wèi)星通訊系統(tǒng)可極大地提高空間頻率資源利用率，有效降低衛(wèi)星的有效載荷，為開發(fā)利用空間頻率資源提供了新的途徑。由超導濾波器、低噪聲放大器組成的超導濾波器子系統(tǒng)應(yīng)用于系統(tǒng) (發(fā)射或接收機 )可以大大地改善系統(tǒng)性能，在軍事特別是通訊領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 高溫超導材料 高溫超導濾波器主要包括放大電路、深度制冷系統(tǒng)、精確控制系統(tǒng)、真空絕熱系統(tǒng)四部分。梳狀線形式的濾波器由于一端的電容加載，縮短了濾波器的諧振器的尺寸。 4 型 SIR 是其中最具吸引力的一種形式。其缺點是螺旋耦合結(jié)構(gòu)的邊界 條件很復雜，用電磁場數(shù)值方法進行計算的復雜度和計算量都非常大，因此實現(xiàn)設(shè)計比較困難。在 VHF， UHF 頻段，螺旋濾波器具有高 Q 值和較小的設(shè)計參數(shù)，可使設(shè)計的振蕩器由一個 ? /4的同軸諧振器裝配而成。圖 為梳妝線濾波器實物圖。它利用交叉耦合方法提高通帶邊緣的陡度，同時在微帶諧振器中應(yīng)用了屏蔽線，減弱了由高介電常數(shù)帶來的強耦合。在 的頻率范圍內(nèi)可實現(xiàn) %30%的相對帶寬，廣泛應(yīng)用于各種軍、民用電子產(chǎn)品。圖 為波導濾波器實物圖。與半波長型相比較，諧振膜片型帶通濾波器的尺寸縮短了 %，且具有更寬的阻帶。通過選擇合適的膜片尺寸，使各諧振膜片諧振在同一頻率上，但具有不同的 Q 值，可使其第二通帶位置變遠，從而顯著提高其阻帶特性。通?？捎弥苯玉詈习氩ㄩL諧振腔結(jié)構(gòu)來構(gòu)造波導型濾波器，但由于高次模的影響，這種類型的濾波器第二通帶 很近，頻率高端阻帶性能較差。 圖 同軸濾波器 波導濾波器 波導型濾波器由于其 Q值高，損耗小，功率容量大等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于微波毫米波通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中。具體的設(shè)計有方法負阻線子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了多腔耦合的同軸帶通濾波器電路模型；18 分形貼片濾波器的 設(shè)計 同軸腔體濾波器溫度補償法；階躍阻抗諧。這類濾波器非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，因此成本也非常低廉。 圖 交指型濾波器 同軸濾波器 同軸腔濾波器廣泛應(yīng)用于通信、雷達等系統(tǒng)，按腔體結(jié)構(gòu)不同一般分為標準同軸、方腔同軸等。因此，交指濾波 器在電子系統(tǒng)，尤其是在通信技術(shù)及近代航空航天領(lǐng)域中被廣泛使用。具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高；由于每個諧振器間的間隔較大，故公差要求較低，容易制造；由于諧振桿長近似等于 ? /4，所以第二通帶中心在 3w 以上，其間不會有寄生響應(yīng)。交指濾波器一般由金屬整體切割加工而成，結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定可靠。 交指型濾波器 交指濾波器 Q值較高、體積適中。微帶類橢圓函數(shù)濾波器，通過在帶外引入衰減極點，能明顯改善濾波器的帶外特性，比平行耦合線濾波器、交指型濾波器有更好的電特性。相對于級聯(lián)耦合，交叉耦合的最大優(yōu)點是能夠在通帶附近的有限頻率處產(chǎn)生傳輸零點，因而濾波器的帶外抑制能力將獲得極大提高，使用交 第二章 微帶濾波器理論基礎(chǔ) 17 叉耦合的諧振器濾波器比普通級聯(lián)型的濾波器具有更好的頻率選擇性，同 時可以減少所需諧振器的數(shù)目。發(fā)夾型濾波器是由發(fā)夾型諧振器并排排列耦合而成，是半波長耦合微帶濾波器的一種變形結(jié) 構(gòu)，是將半波長耦合諧振器折合成 U字型構(gòu)成的，因此與交指式、梳狀線式等其他微波濾波器結(jié)構(gòu)相比，其電路結(jié)構(gòu)更加緊湊，具有體積小，微帶線終端開路無需過孔接地，易于制造等優(yōu)點。和平行耦合線濾波器結(jié)構(gòu)相比，發(fā)夾型濾波器具有緊湊的電路結(jié)構(gòu)，減小了濾波器占用的空間，容易集成，并且降低了成本。其結(jié)構(gòu)緊湊、第二寄生通帶的中心頻率位于主通帶中心頻率的 3 倍處、適應(yīng)頻率范圍較大、適用于寬帶濾波器時相對帶寬可達 20%。由于微帶線濾波器具有小尺寸，用光刻技術(shù)易于加工，易與其他有源電路元件 (如 MMIC)集成在一起；另外，能通過采用不同的襯底材料在很大的頻率范圍內(nèi) (從幾百 MHz 到幾十 GHz)應(yīng)用。所以，對于實際設(shè)計，應(yīng)根據(jù)具體情況進行全面的考慮，只要濾波性能能夠滿足所提出的要求，那便沒有追求 LA曲線上升過分陡峭的必要。故衡量濾波器效能的另一準則是：在 LA曲線從通帶過渡到止帶的上升程度相同的情況下， LA 在 通帶內(nèi)的大小究竟怎樣。其次在通帶內(nèi)，變換器損耗不是完全不存在的，一方面因為構(gòu)成濾波器的元件多少總帶有一點損耗，如電感中的電阻，電容中的漏阻等。 L AwW 1L PL AwW 1L AwW 1L PL AwW 1L PH P L PW 2w2 （ a） （ b） （ c） （ d） 圖 四種濾波器 （ a） （ b） （ c） （ d） 圖 上面提出了衡量濾波器效能的參數(shù)－－變換器損耗 LA，但是，效能好壞的準想。驟然看來，這四種電路結(jié)構(gòu)是很不相同的，似乎各自應(yīng)有各自的設(shè)計方法。 (d)是 (c)的對立面，它阻止 w1至 w2之間的頻率通過，稱為帶阻濾波器。 (b)的情況正好相反，稱為高通濾波器。圖 25 給出四種典型關(guān)系，在這些圖中，橫坐標表示頻率，縱坐標表示變換器損耗 LA。在理想的情況下，濾波器的變換器損耗 LA在通帶內(nèi)應(yīng)該是零，而在阻帶內(nèi)則應(yīng)該具有比較大的數(shù)值。有些參考書上，這兩者是 第二章 微帶濾波器理論基礎(chǔ) 15 混為一談的。為了避免這種困難，人們還提出另外一個參數(shù)，它以電源所能供給的最大功率 P0為基準。根據(jù) R1 和 R2 的比值不同， Li的這個負值也不一樣。濾波網(wǎng)絡(luò)具有的阻抗變換特性不難使負載 R2在整個通帶內(nèi)與電源達成匹配。理想的濾波器的插入損耗在通帶內(nèi)應(yīng)該等于零，而在阻帶內(nèi)應(yīng)該是無窮大。用分貝 來表示的 P02 、 P01的比值稱為插入損耗 Li 14 分形貼片濾波器的 設(shè)計 ppiL0102log10? (242) EgR1 圖 E gR 1AR 2E2 圖 濾波器網(wǎng)絡(luò) 插入損耗 Li 是衡量濾波器效能的一個參數(shù)。那么，濾波器效能是用什么來衡量的呢？圖 表示一個電源，它的電動勢為 E