畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述基于hfss帶通濾波器設(shè)計(jì)

1、 2012 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 題 目 基于HFSS的帶通濾波器設(shè)計(jì) 學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院 年 級(jí) 08 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 2 學(xué) 號(hào) 160408220 姓 名 指導(dǎo)教師 職 稱 基于HFSS帶通濾波器設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述1引言我們知道，當(dāng)一定復(fù)雜程度的信號(hào)通過幾乎任何電子系統(tǒng)時(shí)，它都需要經(jīng)過某種濾波電路進(jìn)行濾波。一般在一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的電子系統(tǒng)中，因輸入信號(hào)往往因受干擾等原因而帶有其它一些不需要的頻率信號(hào)，就必須使用濾波電路將它衰減到足夠小的程度。濾波電路是一種可通過或阻止某種頻率信號(hào)的電路，其功能就是讓指定頻段的信號(hào)能順利地通過，而對(duì)其它頻段的信號(hào)起到衰減作用。它分為兩

2、種：無源和有源濾波電路。無源濾波電路是由無源器件(電阻、電容和電感)組成，性能較差有源濾波電路是由集成運(yùn)算放大器和RC等網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕；電路的輸入和輸出之間具有良好的隔離；除了起濾波作用外，還可放大輸入信號(hào)，且容易調(diào)節(jié)放大倍數(shù)等。BPF主要用來截取突出有用頻段的信號(hào)，削弱其余頻段的信號(hào)或干擾和噪聲，以提高信噪比。2 設(shè)計(jì)原理2.1 帶通濾波器工作原理及HFSS簡(jiǎn)介帶通濾波器中作原理一個(gè)理想的濾波器應(yīng)該有一個(gè)完全平坦的通帶，例如在通帶內(nèi)沒有增益或者衰減，并且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉，另外，通帶外的轉(zhuǎn)換在極小的頻率范圍完成。實(shí)際上，并不存在理想的帶通濾波器。濾波

3、器并不能夠?qū)⑵谕l率范圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個(gè)被衰減但是沒有被隔離的范圍。這通常稱為濾波器的滾降現(xiàn)象，并且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常，濾波器的設(shè)計(jì)盡量保證滾降范圍越窄越好，這樣濾波器的性能就與設(shè)計(jì)更加接近。然而，隨著滾降范圍越來越小，通帶就變得不再平坦開始出現(xiàn)“波紋”。這種現(xiàn)象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應(yīng)稱為吉布斯現(xiàn)象。在頻帶較低的剪切頻率和較高的剪切頻率之間是共振頻率，這里濾波器的增益最大，濾波器的帶寬就是和之間的差值。HFSS簡(jiǎn)介HFSS 是ANSOF T 公司開發(fā)的一個(gè)基于物理原型的EDA設(shè)計(jì)軟件. 使用HFSS 建立結(jié)構(gòu)模進(jìn)行3D 全波場(chǎng)分

4、析,可以計(jì)算.基本電磁場(chǎng)數(shù)值解和開邊界問題,近遠(yuǎn)場(chǎng)輻射問題; 端口特征阻抗和傳輸常數(shù); S 參數(shù)和相應(yīng)端口阻抗的歸一化S 參數(shù); 結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解.依靠其對(duì)電磁場(chǎng)精確分析的性能,使用戶能夠方便快速地建立產(chǎn)品虛擬樣機(jī). 2.2 利用HFSS設(shè)計(jì)濾波器方法2.2.1HFSS的交指型濾波器設(shè)計(jì)與仿真終端開路式交指型濾波器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如下圖為交指型濾波器示意圖其結(jié)構(gòu)是在兩個(gè)平行接地板間放入兩個(gè)交叉的矩形桿平行耦合線陣,每個(gè)矩形端一端短路，一端開路,長(zhǎng)約0/4,載TEM模。利用濾波器的設(shè)計(jì)公式求出濾波器所需的歸一線電容后,再利用濾波器設(shè)計(jì)圖表,在指定b (諧振腔的寬度)和t (諧振器的寬度)后,就可

5、以算出每個(gè)諧振線與地的歸一單位長(zhǎng)自電容和相鄰諧振線間的歸一單位長(zhǎng)互電容。2.2.2HFSS設(shè)計(jì)同軸腔調(diào)諧濾波器總體設(shè)計(jì)上利用網(wǎng)絡(luò)綜合法，選取切比雪夫函數(shù)作為逼近函數(shù)，切比雪夫響應(yīng)函數(shù).同軸腔的結(jié)構(gòu)為方形內(nèi)導(dǎo)體為圓形，并通過在腔內(nèi)表面鍍銀來減小損耗增加Qe值.保證微博濾波器的調(diào)諧范圍及其在調(diào)諧范圍內(nèi)通帶寬度基本不變，采用矩形孔作為調(diào)諧濾波器的耦合結(jié)構(gòu).再將上訴的濾波器結(jié)構(gòu)綜合起來，在HFSS中建立整個(gè)濾波器模型進(jìn)行仿真優(yōu)化.2.2.3HFSS設(shè)計(jì)40MHz腔體濾波器（1） 通過HFSS單腔模型仿真來確定諧振腔、加載情況，使得單腔體本征摸頻率在所需值附近（2）通過HFSS雙腔模型仿真來確定腔間耦合

6、結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸（3）通過HFSS單腔加激勵(lì)端口確定輸入輸出耦合形式和大小（4）綜上，建立整體模型，并進(jìn)行優(yōu)化仿真，得到最終設(shè)計(jì).2.2.4HFSS分析Ka波段慢波微帶帶通濾波器濾波器設(shè)計(jì)下圖是濾波器的結(jié)構(gòu)和尺寸，及其諧振單元 圖為慢波效應(yīng)帶通濾波器結(jié)構(gòu)和尺寸（單位：mm） 圖為濾波器的諧振單元HFSS仿真設(shè)計(jì)在HFSS中建立一個(gè)微帶波濾波器的三維模型：（1）建立HFSS模型（2）定義端口邊界條件（3）分析掃描設(shè)置3 帶通濾波電路(BPF)的性能分析及其他相關(guān)知識(shí)BPF的頻率響應(yīng)特性示意圖如下所示。根據(jù)特性，可定性給出一個(gè)二階帶通濾波器的傳遞函數(shù)如下：上式中均與R、C相關(guān)聯(lián)幅頻特性相頻特性 當(dāng)

7、輸人信號(hào)在時(shí)的模最大，稱為特征頻率，并將時(shí)的值即稱為通帶電壓放大倍數(shù)；帶通濾波電路輸出電壓與輸入電壓之比的模隨頻率變化下降到通帶電壓放大倍數(shù)的7O時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率用表示，稱為通帶截止頻率；通帶寬度是兩個(gè)通帶截止頻率之差；Q值是特征頻率與通帶寬度之比。從圖中可看出以下幾點(diǎn)：在通帶內(nèi)幅頻特性基本是水平的通帶外的電壓放大倍數(shù)為零或近似為零：通帶與阻帶之間的頻段稱為過渡帶，過渡帶越窄說明濾波電路的選擇性越好。由于輸人信號(hào)時(shí)，傳遞函數(shù)的虛部為零的模最大即輸出信號(hào)的幅值最大。故當(dāng)輸人信號(hào)的頻率與相同時(shí)，通過濾波器輸出信號(hào)的相位不變即輸人輸出信號(hào)之間的相移為零或?yàn)榉聪?。這是帶通濾波器最重要的特征。低通原型與帶

8、通濾波器的轉(zhuǎn)換濾波器的頻率變換是雙向的。一個(gè)高通帶通帶阻濾波器都可以通過頻率變換，將其轉(zhuǎn)化為低通濾波器；相反，有了低通原型濾波器的歸一元件值后，進(jìn)一步求出真是的元件值。這個(gè)些變換僅對(duì)頻率進(jìn)行了變換，而剝皮吃衰減不變，故稱之為等衰減條件下的頻率變換。帶通濾波器與低通原型各自的衰減頻率特征之間具有頻率變換式。帶通濾波器與低通原型各自的衰減頻率特性具有頻率變換式如下。運(yùn)用等衰減條件于串聯(lián)支路，有式中：為串聯(lián)支路歸一化元件參數(shù)，可見低通原型中的串聯(lián)電感變換為帶通濾波器中的串聯(lián)諧振電路。將衰減條件運(yùn)用到并聯(lián)支路，歸一化導(dǎo)納應(yīng)相等，即可推出，式中為并聯(lián)支路歸一化元件參數(shù)。可見低通原型中的并聯(lián)電容變換成為帶

9、通濾波器中的并聯(lián)諧振電路.求元件的真值只需要將一些值對(duì)濾波器阻抗進(jìn)行反歸一化即可。4. 結(jié)論以上介紹了帶通濾波器的工作原理和性能的相關(guān)分析，我們知道濾波器是電子設(shè)備中非常重要的器件，其鋁箔性能的好壞關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的系能，所以掌握好濾波器的原理和性能能幫助我們更好的設(shè)計(jì)出濾波效果好的濾波器。高性能濾波器是現(xiàn)代艦載電子戰(zhàn)設(shè)備中非常重要的器件，其濾波器性能的好壞關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能，其設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)方法具有較大的工程使用價(jià)值。吸收型準(zhǔn)高斯帶通濾波器在數(shù)字信號(hào)傳輸中， 高速率信號(hào)傳輸及要求寬頻帶匹配的系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1李明武,李麗.吸收型準(zhǔn)高斯帶通濾波器的研制J.半導(dǎo)體技術(shù),2011(3)2程昆侖,李平輝.一種寬阻帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法J.通信技術(shù),2011,(3)3周研,劉祖深.一種新型可調(diào)諧微帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)J.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2010,(9)4王勇,盧中華.窄帶LC帶通濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.艦船電子對(duì)抗,2011,(4)5賈建蕊，韓軍.基于HFSS設(shè)計(jì)同軸腔調(diào)諧濾波器J.無線電工程，2011，（1）6時(shí)晶晶