1、帶通濾波器設計流程濾波器是具有頻率選擇性的雙端口器件。由于諧振器的頻率選擇性，所以規定的頻率信號能夠通過器件，而規定頻率信號以外的能量被反射，從而實現頻率選擇的功能。濾波器從物理結構上，就是由一些不同的單個諧振器按相應的耦合系數組合而成，最后達到規定頻率的信號從輸出端通過的目的。1. 濾波器技術指標1.1工作頻率范圍: 1060MHz±100MHz1.2插入損耗： 0.5dB max1.3駐波比: 1.2 max1.4帶外抑制： 20dBf0±200MHz35dBf0±300MHz60dBf0±500MHz1.5寄生通帶： f3500MHz以上，對衰減不

2、作要求1.6工作溫度: -55°Cto+85°C1.7最大輸入脈沖功率：400W； 最大輸入平均功率：20W2.濾波器設計原理端口1端口2諧振器1諧振器2諧振器5 圖1 濾波器原理圖3.濾波器結構選擇3.1物理結構選擇根據以上技術指標選擇腔體交指型帶通濾波器，主要的原因是因為它有著良好的帶通濾波特性，而且它結構緊湊、結實；且容易制造；諧振桿的長度近似約為/（波長）0，故第二通帶在倍fo上，其間不會有寄生響應。它用較粗諧振桿作自行支撐而不用介質，諧振桿做成圓桿，還可用集總電容加載的方法來減小體積和增加電場強度，而且它適用于各種帶寬和各種精度的設計。3.2電路結構的選擇根據以上

3、技術指標選擇交指點接觸形式，主要的原因是它的諧振桿的一端是開路，一端是短路（即和接地板接連在一起），長約/0，載(電磁波)模，桿到桿n都用作諧振器，同時桿和桿n也起著阻抗變換作用。4.電路仿真設計如圖2模型選擇。采用An soft公司的Serenade設計，根據具體的技術指標、體積要求和功率容量的考慮，此濾波器采用腔體交指濾波器類型,使用切比雪夫原型來設計，用圓桿結構的物理方式來實現。圖2模型選擇如圖3濾波器綜合指標選擇。根據具體的技術指標，填入相對應的框里，根據軟件與實際的誤差，0.2dB帶寬放至25。電長度計算公式：1Hz/490°、3x108 1GHz=75mm=90o圖3濾波

4、器綜合指標 如圖4矩形系數選擇。選取技術指標中要求最高的一個帶外抑制點，必須保證留夠8dB的余量。圖4矩形系數選擇如圖5比例因子選擇。選定比例因的原則是：一是使各諧振器的阻抗水平適當，間隙適中，二是使諧振器的Q值最佳，一般選特性阻抗為73歐左右時Q值最高，其次在規定的體積范圍內，盡量把體積寬度加大，以提高腔體的Q值，從而減小其插入損耗；在寬度方向也盡量加寬，以提高諧振桿的電長度，這樣以免調諧螺釘電容加載太強，影響Q值和產品的功率容量。圖5比例因子選擇 如圖6綜合尺寸。根據下圖得出相應的物理尺寸。圖6綜合尺寸圖7史密斯圓圖圖8相位、延時圖圖9傳輸、反射圖電路設計完成后，記錄物理尺寸，進行三維仿真

5、5.三維仿真設計采用An soft公司的電磁場仿真軟件HFSS。5.1進入項目管理器打開Ansoft HFSS，（麥克斯韋）Maxwell控制面板。將出現如下圖所示的窗口。5.2工程目錄在使用Ansoft HFSS求解時，第一步就是要創建一個目錄和項目，用于存儲與問題相關的數據。在（麥克斯韋）Maxwell控制面板中打開工程目錄（Projects）。將出現如下圖所示的窗口。5.3添加新項目執行命令菜單左上部的工程目錄（Projects）塊,選擇新的項目（New）。如下圖所示的窗口。在姓名欄（Name）里輸入新的項目名字。確定后將出現如下圖所示的窗口。注：只能用字母。5.4選擇本征模軟件從軟件菜

6、單里選擇本征模解(Eigenmode Solution)最初，（激勵解Driven Solution顯示為可選項。）5.4.1激勵解選擇激勵解(Driven Solution)是為了使用基于軟件的有限元法去求解源激勵的機構。Ansoft HFSS計算了無源高頻結構的S參數，如微帶線、傳輸線。軟件包括后處理命令, 這個命令是用于具體分析結構的電磁場特性。使用激勵解(Driven Solution)，可以計算：l 基本的電磁場量，對于開放邊界而言，還可以計算輻射近場和遠場。l 特性端口阻抗和傳播常數。l 一般 S參數和相對于具體端口阻抗歸一化的S參數。 5.4.2本征模解 選擇本征模解(Eigen

7、mode Solution)用于計算某一結構的本征模或諧振。本征模解可以找出結構的諧振頻率以及諧振點的場值。Ansoft HFSS本征模軟件可以求出無耗和有耗結構的本征模，可以計算出腔的無載Q值。Q是一個性能參數，是反映系統能量損耗的尺度。無載Q是由于有耗材料引起的。因為端口和源均被限制為本征模問題，因此Q的計算不包括由源引起的損耗。 下列限制不適用于本征值求解： 端口 電壓 電流 磁偏置 輻射5.5三維建模執行命令菜單上部選擇繪制菜單（Draw）。三維模擬窗口出現。如下圖所示執行命令Ctrl+F3,調入宏命令出現如下圖所示編輯宏命令程序，把Serenade綜合出來的物理尺寸輸入宏命令程序。如

8、下圖所示# BEGIN: LINES ADDED BY MACRO EDITOR. DO NOT EDIT THE BELOW TEXT!Assign kh -28 諧振器內孔深度ExpAssign "kh" khAssign z 12 內腔厚度ExpAssign "z" zAssign h1 -16 首級末級調諧器深度ExpAssign "h1" h1Assign h3 -14 中間幾級調諧器深度ExpAssign "h3" h3Assign r1 2.25 諧振器外圓直徑ExpAssign "r1&q

9、uot; r1Assign r2 1.75 諧振器內圓直徑Assign r3 1 調諧器直徑Assign s1 3.83 第一諧振器和第二諧振器中間耦合距離，對稱ExpAssign "s1" s1Assign s2 5.3 第二諧振器和第三諧振器中間耦合距離，對稱ExpAssign "s2" s2Assign bj 5 第一諧振器距離腔體內腔邊緣距離ExpAssign "bj" bjAssign c 2 諧振器距離腔體內腔高度距離ExpAssign "c" cAssign d 40 內腔高度ExpAssign &q

10、uot;d" dAssign ch 20 耦合探針在諧振器上的高度ExpEval "h=d-c"Assign h ExpEval "h" 以下均是宏命令自動記錄值。固定值ExpEval "z1=z/2"Assign z1 ExpEval "z1"ExpEval "yy1=5+bj"Assign yy1 ExpEval "yy1"ExpEval "yy2=-yy1"Assign yy2 ExpEval "yy2"ExpEval

11、"hh=-h"Assign hh ExpEval "hh"ExpEval "y1=bj+r1"Assign y1 ExpEval "y1"ExpEval "y2=y1+s1+2*r1"Assign y2 ExpEval "y2"ExpEval "y3=y2+s2+2*r1"Assign y3 ExpEval "y3"ExpEval "y4=y3+s2+2*r1"Assign y4 ExpEval "y4&q

12、uot;ExpEval "y5=y4+s1+2*r1"Assign y5 ExpEval "y5"ExpEval "a=y5+r1+bj"Assign a ExpEval "a"ExpEval "kkh=-kh"Assign kkh ExpEval "kkh"ExpEval "h4=h1"Assign h4 ExpEval "h4"ExpEval "h2=-h3"Assign h2 ExpEval "h2&

13、quot;ExpEval "a1=a+4"Assign a1 ExpEval "a1"# END: LINES ADDED BY MACRO EDITOR. DO NOT EDIT THE ABOVE TEXT!# Version 1NewObjColor 192 192 192Box 0, 0, 0 z a d "box2"NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y1 0 2 r1 h "cyl5" 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y1

14、) Add(Mul(r1 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y2 d 2 r1 hh "cyl6" 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y2) Add(Mul(r1 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y3 0 2 r1 h "cyl7" 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y3) Add(Mul(r1 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z

15、1 y4 d 2 r1 hh "cyl8" 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y4) Add(Mul(r1 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y5 0 2 r1 h "cyl9" 12 Pos3 Add(Mul(r1 1) z1) Add(Mul(r1 0) y5) Add(Mul(r1 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y1 h 2 r2 kh "cyl10" 12 Pos3 Add(Mul(r2

16、 1) z1) Add(Mul(r2 0) y1) Add(Mul(r2 0) h)FitAllNewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y2 c 2 r2 kkh "cyl11" 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) Add(Mul(r2 0) y2) Add(Mul(r2 0) c)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y3 h 2 r2 kh "cyl12" 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) Add(Mul(r2 0) y3) Add(Mul(r2 0) h

17、)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y4 c 2 r2 kkh "cyl13" 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) Add(Mul(r2 0) y4) Add(Mul(r2 0) c)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y5 h 2 r2 kh "cyl14" 12 Pos3 Add(Mul(r2 1) z1) Add(Mul(r2 0) y5) Add(Mul(r2 0) h)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y1 d 2 r3 h

18、1 "cyl15" 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y1) Add(Mul(r3 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y2 0 2 r3 h2 "cyl16" 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y2) Add(Mul(r3 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y3 d 2 r3 h3 "cyl17" 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Ad

19、d(Mul(r3 0) y3) Add(Mul(r3 0) d)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y4 0 2 r3 h2 "cyl18" 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y4) Add(Mul(r3 0) 0)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 y5 d 2 r3 h4 "cyl19" 12 Pos3 Add(Mul(r3 1) z1) Add(Mul(r3 0) y5) Add(Mul(r3 0) d)NewObjColor 192

20、192 192Cyl Pos3 z1 -4 ch 1 0.625 yy1 "cyl20" 12 Pos3 Add(Mul(0.625 1) z1) -4 Add(Mul(0.625 0) ch)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 -4 ch 1 2.045 5 "cyl21" 12 Pos3 Add(Mul(2.045 1) z1) -4 Add(Mul(2.045 0) ch)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 a1 ch 1 0.625 yy2 "cyl22" 1

21、2 Pos3 Add(Mul(0.625 1) z1) Add(Mul(0.625 0) a1) Add(Mul(0.625 0) ch)NewObjColor 192 192 192Cyl Pos3 z1 a1 ch 1 2.045 -5 "cyl23" 12 Pos3 Add(Mul(2.045 1) z1) Add(Mul(2.045 0) a1) Add(Mul(2.045 0) ch)Subtract "cyl11" "cyl10" "cyl12" "cyl13" "cyl1

22、4" "cyl5" "cyl6" "cyl7" "cyl8" "cyl9" Undo 1Subtract "cyl5" "cyl6" "cyl7" "cyl8" "cyl9" "cyl10" "cyl11" "cyl12" "cyl13" "cyl14" Unite "box2&

23、quot; "cyl23" "cyl21" Unite "cyl22" "cyl9" Unite "cyl20" "cyl5" Subtract "box2" "cyl6" "cyl7" "cyl8" "cyl15" "cyl16" "cyl17" "cyl18" "cyl19" "cyl

24、20" "cyl22" Select "+box2" 執行使用宏命令菜單（User）,調入編輯好的宏命令。如下圖所示退出三維模擬器：選擇退出菜單（Exit）。出現一個窗口，提示你存儲幾何模型并核查模型。選擇 Yes。出現一個進程條顯示當系統在核查模型中不存在重疊物體時，系統的進程?，F在返回到執行命令窗口，準備設置材料。5.6設置材料為了徹底設置本征模問題，必須對幾何模型中的每一個三維物體都要進行材料設置。Ø 啟動材料管理器：選擇設置材料（Setup Materianls），則出現如下圖所示的材料設置（Material Setup）窗口。Ø 設置腔體盒子(box2)為空氣把腔體盒子(box)設置為空氣特性。設置腔體盒子(box)為空氣：1. 在物體菜單（Object）列表中選擇box。物體變亮表明它被選中。2. 使用滾動條在材料（Material）列表中選擇空氣（air）。Ø 選擇賦值（Assign）。腔體盒子(box)被設置材料，接著它的名字將出現在物體菜單（Object）列表中的材料（Material）下。如下圖所示Ø 退