【正文】 想帶通濾波器。比如RLC振蕩回路就是一個(gè)模擬帶通濾波器。掌握微帶濾波器的制作及調(diào)試方法。 本文的目的和意義目的：了解微波濾波電路的原理及設(shè)計(jì)方法。 ADS軟件介紹先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(Advanced Design System)，簡(jiǎn)稱ADS，是安捷倫科技有限公司(Agilent)為適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，為了高效的進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)，而設(shè)計(jì)開發(fā)的一款EDA軟件。新一代移動(dòng)通信進(jìn)一步促進(jìn)SAW濾波器繼續(xù)向小型化、高頻化、復(fù)合化發(fā)展[8]。新技術(shù)的使用使得微波濾波器向小型化、低功耗方向發(fā)展。這樣可以充分利用信號(hào)頻帶，增加互不干擾的信道數(shù)量，并能避免信號(hào)傳輸失真，超導(dǎo)濾波器不僅帶內(nèi)衰減低，而且相位延時(shí)和色散特性也大為改善，具有誘人的發(fā)展前景。利用高溫超導(dǎo)(HTS)薄膜可構(gòu)成微帶、帶狀線、波導(dǎo)濾波器等。與此同時(shí)，一批性能卓越的高溫超導(dǎo)微波無源器件也相繼誕生了[7]。圖11 典型接受發(fā)射機(jī)原理模型隨著現(xiàn)代材料科學(xué)與電子信息科學(xué)技術(shù)的交叉滲透和全面發(fā)展，全固態(tài)化的各類片式高頻、微波濾波器和中頻濾波器，向著高性能、低成本、小型化、高頻化等各方面飛速發(fā)展[6]。另一個(gè)重要的功能是衰減掉發(fā)射信號(hào)中接受頻段內(nèi)的噪聲，抑制它到接收機(jī)的靈敏度之下。所以接收端帶通濾波器的最佳性能包括衰減以除去干擾，同時(shí)減少將直接影響接收端靈敏度的通帶插損。除去如鏡頻一類的干擾信號(hào)。如(圖11)所示，為典型的發(fā)射機(jī)接受機(jī)原理框圖模型，濾波器在該系統(tǒng)中各位置起著舉足輕重的作用[5]。微波濾波器作為濾波器的一種，在移動(dòng)通信中有著廣泛的應(yīng)用[4]。在現(xiàn)有的射頻和微波通信器材中介質(zhì)濾波器己成為最重要、最常見的元件之一。70年代，各種具有優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性和高Q值的陶瓷材料的發(fā)展增加了介質(zhì)濾波器的實(shí)際應(yīng)用的可行性。1939年。不久隨著通信頻帶的加寬，進(jìn)入到微波領(lǐng)域，濾波器設(shè)計(jì)從而由原先的集總元件LC諧振器擴(kuò)展到一個(gè)新的領(lǐng)域，即分布元件同軸諧振器和波導(dǎo)諧振器。隨后，第二步是由先前的傳遞函數(shù)所估計(jì)的頻率響應(yīng)來綜合電路。與此同時(shí)。象參數(shù)放大器、微波固體倍頻器、微波固體混頻器等類器件都是多頻率工作的，都需要用相應(yīng)的濾波器[2]。由于在通迅，雷達(dá)，微波等部門，多頻率工作越來越普遍，對(duì)分隔頻率的要求也相應(yīng)地提高，所以需用大量的濾波器。關(guān)鍵詞 微帶線 微帶線耦合濾波器 ADSAbstractIn recent years，along with the high development of wireless munication in business，Microwave RF circuit has been attracted more and more attention and also got many achievements. At the same time，as one of the important microwave ponents，the microwave filters also developed rapidly in recent years. Especially，the microwave BPF directly influences the Performances of the receivers. So，develop high Performance，study miniaturized microwave filter is a hot topic in nowadays.At first，this paper introduces the development history of microwave filters，the function in the microwave munication，the current state of studying the filters and the advanced microwave circuit simulation software ADS. Then analyzed the twoPort network of filters, With the software ADS and the formula which had been Proved in this paper，this paper also well design an endcouple BPF，a halfwavelength resonator BPF,an interdigital BPF. Pass band , in the belt weakens is smaller than 2dB, the fluctuation is smaller than below above 1dB, and weakens is bigger than 40dB, the port reflection factor is smaller than 20dB.Keywords microstrip microstrip coupled BPF ADS目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 1 2 3 3 LC濾波器 4(SAW)濾波器 4 ADS軟件介紹 4 本文的目的和意義 5 本章小結(jié) 5第2章 濾波器是最基本的信號(hào)處理器件 6 6 6 7 7 原型濾波器的元件值的歸一化及其計(jì)算 9 11第3章 微帶線理論 12 微帶線 12 微帶線和帶狀線的區(qū)別 14 本章小結(jié) 14第4章 微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì) 15 16 17 17 21 實(shí)物制作 23 本章小結(jié) 24結(jié)論 25致謝 26參考文獻(xiàn) 27附 錄1 29附 錄2 3336第1章 緒 論當(dāng)前，無線通信技術(shù)高速發(fā)展，業(yè)務(wù)范圍不斷擴(kuò)大，人們對(duì)無線產(chǎn)品的需求迅速增長(zhǎng)，濾波器在這些產(chǎn)品電路中就扮演著重要的角色，并隨著通信技術(shù)的發(fā)展而取得不斷進(jìn)展[1]。然后分析了微帶濾波器的二端口網(wǎng)絡(luò)理論。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)注的課題。摘 要近幾年隨著商用無線通信的迅猛發(fā)展，射頻/微波電路越來越得到重視和發(fā)展。而微波帶通濾波器作為微波器件的一種也得到了大力的發(fā)展，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。本文首先介紹了微波濾波器的發(fā)展歷史、在微波通信中的作用、當(dāng)前的研究情況以及微波仿真軟件ADS。最后該論文基于仿真軟件ADS和推導(dǎo)公式的基礎(chǔ)上，介紹了微帶線帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)借助ADS軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的微帶線濾波器進(jìn)行了仿真和優(yōu)化，最終得到比較理想的微帶線濾波器，－，帶內(nèi)衰減小于2dB，起伏小于1dB，端口反射系數(shù)小于20dB。新的通信系統(tǒng)要求發(fā)展一種能在特定的頻帶內(nèi)提取和檢出信號(hào)的新技術(shù)，而這種新技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步加速了濾波器技術(shù)的研究和發(fā)展。同時(shí)，微波固體器件的應(yīng)用對(duì)濾波器的發(fā)展也有推動(dòng)作用。1915年，德國(guó)科學(xué)家 。隨著這些技術(shù)的突破，許多科技人員開始積極地和系統(tǒng)地對(duì)采用集總元件電感和電容的濾波器設(shè)計(jì)理論進(jìn)行研究?，F(xiàn)在所采用的很多濾波器設(shè)計(jì)技術(shù)就是基于這一早期的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，濾波器材料領(lǐng)域也取得了很大的發(fā)展，極大地推動(dòng)了濾波器的發(fā)展。他利用了介質(zhì)塊的電磁諧振，有小尺寸和高Q值兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，然而由于當(dāng)時(shí)的材料溫度穩(wěn)定性不高使該種濾波器不能在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。隨著陶瓷材料的發(fā)展，該濾波器的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。此外，80年代出現(xiàn)的高溫超導(dǎo)材料，被認(rèn)為很有可能被用于設(shè)計(jì)極低損耗和極小尺寸的新穎微波濾波器，許多研發(fā)人員己致力于它們的研究和實(shí)際應(yīng)用[3]。在射頻端有源電路中輸入輸出各級(jí)之間普遍存在，各濾波器都有不同的功能和特性要求。接受端帶通濾波器的必要功能是避免由于發(fā)射端輸出信號(hào)泄漏而使接收器前端飽和。減少來自天線端的本機(jī)振蕩器的功率泄漏。發(fā)射端帶通濾波器的基本功能是從發(fā)射端減少雜散輻射功率以避免對(duì)其他無線通信系統(tǒng)的干擾，這些無用的信號(hào)的主要成分是發(fā)射信號(hào)頻率的二、三次諧波和本級(jí)振蕩。因此，發(fā)射端帶通濾波器必須保持一個(gè)寬的阻帶以抑制雜散信號(hào)，同時(shí)能維持低的通帶插損和在輸出端處理大電平信號(hào)。高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，是20世紀(jì)基礎(chǔ)研究的一個(gè)極為重要的成果，近10年來，人們對(duì)高溫超導(dǎo)體電性能的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。高溫超導(dǎo)(HTS)材料具有接近于無耗的特性，利用它可以構(gòu)成高質(zhì)量的微波諧振器、濾波器、多工器和天線等。這些濾波器具有極高的無載Q值、理想的微波特性、很低的插入損耗和帶內(nèi)衰減，并且有非常陡的平移特性，而且濾波器的尺寸可以做得很小，易于與其它微波集成電路元件集成。 LC濾波器利用單片微波集成電路(MMIC)技術(shù)和微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)制作電容和電感，可在高頻段獲得高Q值和高穩(wěn)定的低電感與低電容值，小型緊湊的多層結(jié)構(gòu)可減少寄生參數(shù)，同時(shí)通過調(diào)制層微調(diào)電容量和改進(jìn)線圈設(shè)計(jì)等方法克服L、C離散，獲得穩(wěn)定的諧振頻率。(SAW)濾波器射頻SAW濾波器以其小型輕量及優(yōu)良的性能價(jià)格比，廣泛用于各類移動(dòng)電話的級(jí)間帶通濾波。(mm)的尺寸規(guī)格，現(xiàn)在隨著微電子技術(shù)進(jìn)入亞微米時(shí)代。ADS電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能十分強(qiáng)大，包含時(shí)域電路仿真 (SPICElike Simulation)、頻域電路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三維電磁仿真 (EM Simulation)、通信系統(tǒng)仿真(Communication System Simulation)、數(shù)字信號(hào)處理仿真設(shè)計(jì)（DSP）；ADS支持射頻和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師開發(fā)所有類型的RF設(shè)計(jì)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從離散的射頻/微波模塊到用于通信和航天/國(guó)防的集成MMIC，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)各大學(xué)和研究所使用最多的微波/射頻電路和通信系統(tǒng)仿真軟件軟件。學(xué)習(xí)使用ADS軟件進(jìn)行微波電路的設(shè)計(jì)，優(yōu)化，仿真。意義：帶通濾波器是一個(gè)允許特定頻段的波通過同時(shí)屏蔽其他頻段的設(shè)備。一個(gè)理想的帶通濾波器應(yīng)該有平穩(wěn)的通帶，同時(shí)限制限制所有通帶外頻率的波通過。真實(shí)的濾波器無法完全過濾掉所設(shè)計(jì)的通帶之外的頻率的波。滾降斜率通常用dB度量來表示頻率的衰減程度。 本章小結(jié)本章主要對(duì)濾波器的發(fā)展歷史，在通信領(lǐng)域的作用，研究情況，以及制作濾波器所要用的元件ADS進(jìn)行了介紹?？傊疄V波器向著低成本、小型化、高頻化等各方面飛速發(fā)展。圖21 四個(gè)普通濾波器的特性曲線可以從不同角度對(duì)濾波器進(jìn)行分類：(a)按功能分，有低通濾波器，高通濾波器，帶通濾波器，帶阻濾波器，可調(diào)濾波器。(1)絕對(duì)衰減（Absolute attenuation）：阻帶中最大衰減（dB）(2)帶寬（Bandwidth）：通帶的3dB帶寬（flow—fhigh）(3)中心頻率：或(4)截止頻率：下降沿3dB點(diǎn)頻率(5)每倍頻程衰減(dB/Octave)：離開截止頻率一個(gè)倍頻程衰減(dB)(6)微分時(shí)延(differential delay)：兩特定頻率點(diǎn)群時(shí)延之差以ns計(jì)(7)群時(shí)延(Group delay)：任何離散信號(hào)經(jīng)過濾波器的時(shí)延(ns)(8)插入損耗(insertion loss)：當(dāng)濾波器與設(shè)計(jì)要求的負(fù)載連接，通帶中心衰減，dB(9)帶內(nèi)波紋(passband ripple)：在通帶內(nèi)幅度波動(dòng)，以dB計(jì)(10)相移(phase shift)：當(dāng)信號(hào)經(jīng)過濾波器引起的相移(11)品質(zhì)因數(shù)Q(quality factor)：中心頻率與3dB帶寬之比(12)反射損耗(Return loss)(13)形狀系數(shù)(shape factor)：定義為 (14)止帶(stop band或reject band)：對(duì)于低通、高通、帶通濾波器，指衰減到指定點(diǎn)(如60dB點(diǎn))的帶寬[10]。（2）帶阻濾波器可看成低通濾波器與高通濾波器的組合。（4）低通濾波器原型可作為帶通濾波器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。特點(diǎn)： = 0處(2n1)階的導(dǎo)數(shù)=0定義為衰減3dB的頻帶邊緣點(diǎn)(2) 切比雪夫低通濾波器特性曲線（如圖23所示）： 圖23 切比雪夫低通濾波器特性曲線數(shù)學(xué)表示式如（23）、（24）： (23) (24)(23),(24)中e滿足關(guān)系式(25)： (25)n仍舊是電路里電抗元件的數(shù)目。最大平坦衰減特性曲線與切比雪夫特性曲線比較可以看出：若通帶內(nèi)允許的衰減量和電抗元件的數(shù)目n為一定，則切比雪夫?yàn)V波器的截止速率更快[11]。假如濾波器中的電抗元件的損耗較大，那么無論那種濾波器的通帶響應(yīng)的形狀與無耗時(shí)的比較，都將發(fā)生變化，而在切比雪夫?yàn)V波器中這種影響尤其嚴(yán)重。 原型濾波器的元件值的歸一化及其計(jì)算目的：提高設(shè)計(jì)通用性歸一化定義：= = 1或= = 1= 1對(duì)于兩端帶有電阻終端的最大平坦濾波器，給定= 3dB、= 1和= 1，則其原型元件值可以按下式計(jì)算： , k=1,2,…,n (26)= 對(duì)于兩端具有電阻終端的切比雪夫?yàn)V波器，當(dāng)其通帶波紋為、= 1和= 1，它的原型元件值可按以下各式計(jì)算： (27) (28) , k=1,2,…,n (29) , k=1,2,…,n (2