【正文】 （c）帶通 （d）帶阻 濾波器的理想頻率特性（a）所示的低通濾波器，以截止頻率為界，當時=0，稱為通帶；當時，稱為阻帶。 基本的概念與技術(shù)指標。理想的濾波器可以當作一種二端口網(wǎng)絡，即在所要求的頻率范圍內(nèi)，能使微波信號無衰減的傳輸，此頻帶范圍稱為通帶；在其余頻率范圍內(nèi)能使微波信號完全不能傳輸，這其余的頻率范圍稱為阻帶。第四章：主要是借助微波電路設計的工程軟件ADS2008對原理圖進行仿真，并得到所設計的橢圓函數(shù)微波帶通濾波器的和的數(shù)據(jù)顯示圖，同時通過分析數(shù)據(jù)圖不斷改進設計方案，以達到所設計的技術(shù)指標要求，得到最優(yōu)的原理圖及各元件的實際值。第二章：主要介紹了微波濾波器的工作特性以及其涉及到的微波網(wǎng)絡基礎理論，特別是散射參量的物理意義。 本文內(nèi)容的安排本次畢業(yè)設計通過學習切比雪夫微波濾波器的設計方法，了解了微波濾波器的工作特性；然后進一步的學習了橢圓函數(shù)微波濾波器的設計方法，掌握了頻率變換和耦合矩陣的基本原理；最后借助微波電路設計的首選工程軟件ADS2008對其原理圖進行仿真，得到了所設計的橢圓函數(shù)微波帶通濾波器的和的數(shù)據(jù)顯示圖。但現(xiàn)在已可對微波濾波器進行快速電調(diào)，例如變?nèi)莨茈娬{(diào)濾波器。例如微波鐵氧體、貼點體、等離子體、超導體都已開始成功的用于微波濾波器中。例如微分相移器并不是濾波器，但它是基于平行耦合線的理論，也可看成一種濾波器來分析和設計。印刷電路式或微波集成電路式的微波濾波器亦開始廣泛研制。③型式多樣化和元件化、標準化由于應用的廣泛和設計制造工藝的進展，微波濾波器已從極少的幾個種類發(fā)展到數(shù)以十計的結(jié)構(gòu)類型。②設計方法從繁到簡、從粗糙到精準過去人們用場與波的方法對一些簡單的微波濾波器結(jié)構(gòu)進行分析和設計，已感相當困難。但事實上或者是由于初期微波設備所承擔的任務還較低級，或者是由于微波濾波器的分析、設計和制造均很繁難，因此，當初人們寧可真接應用單腔諧振器，而較少地把它們組合成具有更為優(yōu)良性能的微波濾波器。 微波濾波器的進展目前多頻率工作越來越普遍，對分隔頻率的要求也相應地提高了，而濾波器在這些領(lǐng)域又被廣泛運用，也是微波、毫米波系統(tǒng)中不可缺少的器件。再對構(gòu)成濾波器的基本原理以及低通到帶通的轉(zhuǎn)換、構(gòu)成濾波器的傳輸線結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容進行了闡述。本設計首先介紹了微波濾波器的發(fā)展歷史以及微波仿真軟件ADS。其中微帶線帶通濾波器種類繁多，性能各異，是一種在射頻微波通信電路中被廣泛研究的濾波器類型。目前射頻微波電路的高度集成，尤其是單片微波集成芯片(MMIC)的發(fā)展，使得用微帶線來實現(xiàn)高頻信號在電路板上傳輸更為普遍。而橢圓濾波器相比其他類型的濾波器，在階數(shù)相同的條件下有著最小的通帶和阻帶波動，具有良好的選擇性，但實現(xiàn)起來卻比較困難。特別是在移動通信基站雙工器和多工器中使用的濾波器,除了高選擇性、小尺寸、通帶內(nèi)低插入損耗的要求以外,對濾波器通帶內(nèi)的群延遲和通帶外的衰減都提出了十分苛刻的要求。尤其是在通信系統(tǒng)的接收機前端，帶通濾波器性能的優(yōu)劣會直接影響到整個接收機性能的好壞。蘭州理工大學畢業(yè)設計微波濾波器的使用介紹設計畢業(yè)論文目錄第1章 概論 1 微波濾波器的研究意義 1 微波濾波器的進展 2 本文內(nèi)容的安排 3第2章 現(xiàn)代微波濾波器的設計基礎 4 基本的概念與技術(shù)指標 4 微波網(wǎng)絡的基本理論 6 微波網(wǎng)絡的參量 6 轉(zhuǎn)移參量（A參量） 7 阻抗參量（Z參量）和導納參量（Y參量） 8 散射參量（S參量） 8第3章 橢圓函數(shù)濾波器綜合 10 橢圓函數(shù)濾波器的基本概念 10 橢圓函數(shù)的定義 10 橢圓函數(shù)濾波器的定義 11 微波濾波器的設計方法概述 11 歸一化低通原型濾波器的一般概念 11 一般低通原型濾波器的結(jié)構(gòu) 12 橢圓函數(shù)低通原型濾波器的結(jié)構(gòu) 13 頻率變換 14 由低通到高通的頻率變換 14 由低通到帶阻的頻率變換 15 由低通到帶通的頻率變換 15 耦合諧振器濾波器常用耦合矩陣 16 環(huán)路方程 17 節(jié)點方程 19第4章 橢圓函數(shù)濾波器的設計及仿真 20 橢圓函數(shù)帶通濾波器的設計流程 20 采用傳統(tǒng)方法設計橢圓函數(shù)帶通濾波器 21 橢圓函數(shù)濾波器低通原型的確定 21 橢圓函數(shù)帶通濾波器電路的設計 22 傳統(tǒng)算法與ADS相結(jié)合設計 25 橢圓函數(shù)帶通濾波器階數(shù)的確定 25 橢圓函數(shù)帶通濾波器電路圖的設計 25 擴大濾波器的階數(shù)設計 27 五階橢圓帶通濾波器的設計 27 五階橢圓函數(shù)帶通濾波器的微調(diào)設計 28總結(jié) 31參考文獻 32附錄 外文原文及翻譯 33致謝 6161第1章 概論 微波濾波器的研究意義在無線通信技術(shù)飛速發(fā)展的近幾年來，濾波器作為一種二端口網(wǎng)絡,具有讓某些頻率的信號順利通過,而對另外一些頻率的信號加以阻隔和衰減的頻率選擇特性，而目前在通信、雷達、廣播、微波等領(lǐng)域，多頻率工作應用越來越普遍,對分隔頻率的要求也相應地提高了。因此,濾波器在這些領(lǐng)域被廣泛運用,是微波,毫米波系統(tǒng)中不可缺少的器件,其性能的優(yōu)劣往往直接影響整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量。因此,無線通信系統(tǒng)對濾波器的性能指標提出了越來越高的要求。面對這些要求,傳統(tǒng)的濾波器比如最大平坦和切比雪夫濾波器很難勝任,因為普通結(jié)構(gòu)的濾波器只有通過增加階數(shù)來滿足要求,而這樣卻會增加濾波器的插損,而且生產(chǎn)出來的濾波器的重量和體積都會非常大,不滿足現(xiàn)代通信的需求。帶通濾波器是濾波器中應用最多、最重要也是較難設計的一種濾波器。從而利用微帶線來實現(xiàn)各種模塊功能的技術(shù)也得到越來越多的發(fā)展并趨于成熟。因此，鑒于微帶線濾波器的重要性，本設計將在對橢圓函數(shù)微波濾波器理論分析的基礎上，利用仿真軟件ADS對由微帶線、耦合微帶線所構(gòu)成的微帶線帶通濾波器進行分析和設計。然后分析了微帶濾波器的二端口網(wǎng)絡理論以及微帶線的傳輸特性。最后該設計基于仿真軟件ADS和推導公式的基礎上，介紹了微帶線濾波器的設計方法，并相應設計了端口耦合帶通濾波器，同時借助ADS軟件對所設計的微帶線濾波器進行了仿真和優(yōu)化，最終得到比較理想的微帶線帶通濾波器。因此，在微波技術(shù)突飛猛進的發(fā)展中，微波濾波器是一個極其活躍的分支，其具體發(fā)展歷程如下所示：①從個別應用到一般應用如果考慮到一個微波空腔諧振器就是一個微波濾波器的基本單元的話，可以說它也是微波技術(shù)中研究最早的基礎課題之一。但隨著微波理論和技術(shù)的發(fā)展，微波波段中電子設備的增多、頻譜的擁擠，加之電子對抗技術(shù)的普遍應用，促使微波濾波器在應用廣度和深度上都進展極大。而現(xiàn)在卻可以成套的應用現(xiàn)代網(wǎng)絡綜合理論成果，順利地進行各種微波濾波器的綜合了，并有電子計算機所解出的大量曲線和數(shù)據(jù)可用，簡化了人工計算，提高了設計精度。一些常用的結(jié)構(gòu)已元件化和標準化。④與其他有源或無源微波元件和器件的結(jié)合，日益密切現(xiàn)在，微波濾波器已成為無源微波元件的主角之一，它不僅能完成本身的任務，而且能代替其他一些微波元件的功能，或者把另外一些微波元件看成微波濾波器結(jié)構(gòu)來進行設計。⑤各種新型材料用于微波濾波器微波材料的進步以及其在微波濾波其中的應用，大大提高了濾波器的性能。⑥調(diào)諧的高速和自動化總所周知，當初微波單腔諧振器的調(diào)諧已相當困難，更不用說多個諧振器組合成的濾波器了。⑦向新波段進軍人們對毫米波和亞毫米波濾波器的興趣正在日益增長，研制這一新波段的濾波器除了發(fā)展厘米波段已有的技術(shù)外，還廣泛引用光學上的成果，例如定向耦合器結(jié)構(gòu)已從光學中援引過來[1]。各章的主要內(nèi)容安排如下：第一章：主要概述了本次設計題目的目的及意義，同時也簡單的介紹了一下微波濾波器的發(fā)展進程。第三章：主要說明了橢圓函數(shù)濾波器的基本概念以及橢圓函數(shù)濾波器的設計方法，尤其是對橢圓函數(shù)濾波器的低通原型、頻率變換原理及耦合理論作了詳細介紹。第2章 現(xiàn)代微波濾波器的設計基礎微波濾波器是微波工程中重要的微波器件之一。一個實際的濾波器只能盡可能的接近理想濾波器，一下就是現(xiàn)代微波濾波器在設計過程中要了解的基礎內(nèi)容。工程上習慣用插入衰減來描述濾波器的工作特性，它定義為：當網(wǎng)絡輸出口接匹配負載時，網(wǎng)絡輸入口入射波功率與負載上得到的功率之比的分貝數(shù)如下式(21)所示： (21) 微波濾波器方框圖按照功率衰減頻響特性的不同，微波濾波器也可以分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種，[6]。實際濾波器不可能得到以上理想的衰減特性，即在通帶內(nèi)不可能處處為零，而在阻帶內(nèi)不可能為無窮大。因此，微波濾波器的主要技術(shù)指標有：①通頻帶。對帶通與帶阻濾波器，還有中心頻率。③阻帶最小衰減及相應的阻帶邊頻。信號通過的濾波器所引起的相位滯后，就是網(wǎng)絡散射參量的相角，它相當于信號經(jīng)濾波器產(chǎn)生的時間延遲。 （a）切比雪夫型 （b）橢圓函數(shù)型 兩種不同類型濾波器的衰減特性如上述所述，在理想的濾波器中通帶的邊界頻率與阻帶的邊界頻率相重合，以一垂線段來表示，其插入衰減在通帶外為無限大，但實際上是不可能實現(xiàn)的，只不過力圖逼近此曲線而已。本次帶通濾波器設計，正是以橢圓函數(shù)作為逼近函數(shù)來逼近的，（b）所示。雖然實現(xiàn)微波濾波器的物理尺寸是不斷變化的，但其電路的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)通常是固定不變的。微波網(wǎng)絡的分析是根據(jù)微波元件的結(jié)構(gòu)，求其反向等效電路，然后推導其工作特性；微波網(wǎng)絡的綜合是根據(jù)微波元件的工作特性，綜合出其等效電路，然后用微波結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。 微波網(wǎng)絡的參量微波器件結(jié)構(gòu)復雜，難以用麥克斯韋方程嚴格求解。圖中規(guī)定流入網(wǎng)絡為電流的正方向，上正下負為電壓的正方向[2]。其中提到的線性網(wǎng)絡是指網(wǎng)絡參量與端口電壓、電流無關(guān)的網(wǎng)絡。寫成矩陣的形式則稱為轉(zhuǎn)移矩陣或A矩陣，如下式(23)所示： (23)由于二口網(wǎng)絡端口的電壓、電流宜用歸一化值，所以設網(wǎng)絡第端口的電壓、電流為、所接傳輸線的特性阻抗為，則歸一化電壓、電流的定義分別如下式(24)和(25)所示： (24) (25)同理，關(guān)于轉(zhuǎn)移參量，其由歸一化電壓、電流表示的線性關(guān)系如下式(26)所示： (26)將式(12)中的電壓、電流寫成歸一化量，可以得到歸一化轉(zhuǎn)移參量的歸一化矩陣如下式(27)所示： (27)其物理意義，由式(12)容易看出：，即表示端口2開路時，端口2至端口1的電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)。，即表示端口2開路時，端口2至端口1的轉(zhuǎn)移導納。 阻抗參量（Z參量）和導納參量（Y參量）阻抗參量（Z參量）和導納參量（Y參量）分別由如下式(28)和(29)所示的線性關(guān)系定義： (28) (29)式中，具有阻抗的量綱，故稱為阻抗參量或Z參量。 散射參量（S參量）散射參量（S參量）由如下式(210)所示的線性定義： (210)式中,稱為散射參量。，即表示端口1接匹配負載時，端口2處的反射系數(shù)。，即表示端口2接匹配負載時，端口1至端口2的電壓傳輸系數(shù)。其中，是S的轉(zhuǎn)置矩陣，是S的共軛矩陣，I為單位矩陣。然而互易網(wǎng)絡也稱可逆網(wǎng)絡，其定義為先將2口開路，1口加電流，于是2口呈現(xiàn)的電壓為；然后反過來，使1口開路，2口加電流，于是1口呈現(xiàn)的電壓為。由于微波濾波器的設計中有一項用來描述濾波器的工作特性的重要技術(shù)指標插入衰減是指網(wǎng)絡輸出口接匹配負載時，網(wǎng)絡輸入口入射波功率與負載上得到的功率之比的分貝數(shù)，其表達式如下式(212)所示： = (212)所以本次帶通濾波器的設計中，主要用到的就是這里重點提到的散射參量。具有有限傳輸零點的濾波器叫橢圓函數(shù)濾波器，并且橢圓函數(shù)濾波器在通帶和阻帶都是等波紋的。 橢圓函數(shù)濾波器的基本概念 橢圓函數(shù)的定義最常用的橢圓函數(shù)是雅氏橢圓函數(shù)，它的性質(zhì)可有如下(31)勒讓德第一類橢圓積分導出： (31)在我們研究的范圍內(nèi)，參數(shù)k是小于1的實數(shù)，稱為模數(shù)。如果把(31)上的上限看作u和k的函數(shù)來研究，引入符號：，叫做是模數(shù)為k的u的幅度函數(shù)。 橢圓函數(shù)濾波器的定義橢圓函數(shù)濾波器(Elliptic filter)又稱考爾濾波器(Cauer filter)，是在通帶和阻帶等波紋的一種濾波器。它在通帶和阻帶的波動相同，這一點區(qū)別于在通帶和阻帶都平坦的巴特沃斯濾波器，以及通帶平坦、阻帶等波紋或者通帶等波紋、阻帶平坦的切比雪夫濾波器。 微波濾波器的設計方法概述微波濾波器分析和研制的方法很多，但一般來說可以概述為以下幾種：分布參數(shù)法是根據(jù)插入衰減和