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1、基于HFSS带通滤波器设计文献综述 2022 届本科毕业设计（论文）文献综述 题目基于HFSS的带通滤波器设计 学院物理与电子工程学院 年级08 专业电子信息工程 班级 2 学号160408220 姓名刘建 指导教师施阳职称 基于HFSS 带通滤波器设计文献综述 1引言 我们知道，当一定复杂程度的信号通过几乎任何电子系统时，它都需要经过某种滤波电路进行滤波。一般在一个实际应用的电子系统中，因输入信号往往因受干扰等原因而带有其它一些不需要的频率信号，就必须使用滤波电路将它衰减到足够小的程度。滤波电路是一种可通过或阻止某种频率信号的电路，其功能就是让指定频段的信号能顺利地通过，而对其它频段的信号起
2、到衰减作用。它分为两种：无源和有源滤波电路。无源滤波电路是由无源器件(电阻、电容和电感)组成，性能较差有源滤波电路是由集成运算放大器和RC 等网络构成，具有几个主要优点：体积小，重量轻；电路的输入和输出之间具有良好的隔离；除了起滤波作用外，还可放大输入信号，且容易调节放大倍数等。BPF 主要用来截取突出有用频段的信号，削弱其余频段的信号或干扰和噪声，以提高信噪比。 2 设计原理 2.1 带通滤波器工作原理及HFSS 简介 带通滤波器中作原理 一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际
3、上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB 来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。在频带较低的剪切频率1f 和较高的剪切频率2f 之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是2f 和1f 之间的差值。 HFSS 简介 HFSS 是ANSOF T 公司开发的一个基于物理
4、原型的EDA 设计软件. 使用HFSS 建立结构模进行3D 全波场分析,可以计算.基本电磁场数值解和开边界问题,近远场辐射问题; 端口特征阻抗和传输常数; S 参数和相应端口阻抗的归一化S 参数; 结构的本征模或谐振解.依靠其对电磁场精确分析的性能,使用户能够方便快速地建立产品虚拟样机. 2.2 利用HFSS设计滤波器方法 2.2.1HFSS的交指型滤波器设计与仿真 终端开路式交指型滤波器的设计结构图如下 图为交指型滤波器示意图 其结构是在两个平行接地板间放入两个交叉的矩形杆平行耦合线阵,每个矩形端一端 短路，一端开路,长约0/4,载TEM模。利用滤波器的设计公式求出滤波器所需的归一线电容后,
5、再利用滤波器设计图表,在指定b (谐振腔的宽度)和t (谐振器的宽度)后,就可以算出每个谐振线与地的归一单位长自电容和相邻谐振线间的归一单位长互电 容。 2.2.2HFSS设计同轴腔调谐滤波器 总体设计上利用网络综合法，选取切比雪夫函数作为逼近函数，切比雪夫响应函数.同轴腔的结构为方形内导体为圆形，并通过在腔内表面镀银来减小损耗增加Qe值.保证微博滤波器的调谐范围及其在调谐范围内通带宽度基本不变，采用矩形孔作为调谐滤波器的耦合结构.再将上诉的滤波器结构综合起来，在HFSS中建立整个滤波器模型进行仿真优化. 2.2.3HFSS设计40MHz腔体滤波器 （1）通过HFSS单腔模型仿真来确定谐振腔、
6、加载情况，使得单腔体本征摸频率在所需值附近（2）通过HFSS双腔模型仿真来确定腔间耦合结构的形状和尺寸（3）通过HFSS单腔加激励端口确定输入输出耦合形式和大小（4）综上，建立整体模型，并进 行优化仿真，得到最终设计. 2.2.4HFSS分析Ka波段慢波微带带通滤波器 滤波器设计 下图是滤波器的结构和尺寸，及其谐振单元 图为慢波效应带通滤波器结构和尺寸（单位：mm ） 图为滤波器的谐振单元 HFSS 仿真设计 在HFSS 中建立一个微带波滤波器的三维模型： （1）建立HFSS 模型（2）定义端口边界条件（3）分析扫描设置 3 带通滤波电路(BPF)的性能分析及其他相关知识 BPF 的频率响应特
7、性示意图如下所示。根据特性，可定性给出一个二阶带通滤波器的传递函数如下： ()13221+=s k s k s k S A 上式中321k k k 、均与R 、C 相关联 幅频特性 相频特性 当输人信号在=f 0f 时u A 的模最大，0f 称为特征频率，并将=f 0f 时的u A 值即up A 称为通带电压放大倍数；带通滤波电路输出电压与输入电压之比的模随频率变化下降到通带电压放大倍数的7O 时所对应的频率用() 21p p p f f f 、表示，称为通带截止频率；通带宽度是两个通带截止频率之差；Q 值是特征频率与通带宽度之比。从图中可看出以下几点：在通带内幅频特性基本是水平的通带外的电压
8、放大倍数为零或近似为零：通带与阻带之间的频段称为过渡带，过渡带越窄说明滤波电路的选择性越好。 由于输人信号=f 0f 时，传递函数的虚部为零u A 的模最大即输出信号的幅值最大。故当输人信号的频率与0f 相同时，通过滤波器输出信号的相位不变即输人输出信号之间的相移为零或为反相。这是带通滤波器最重要的特征。 低通原型与带通滤波器的转换 滤波器的频率变换是双向的。一个高通带通带阻滤波器都可以通过频率变换，将其转化为低通滤波器；相反，有了低通原型滤波器的归一元件值后，进一步求出真是的元件值。这个些变换仅对频率进行了变换，而剥皮吃衰减不变，故称之为等衰减条件下的频率变换。带通滤波器与低通原型各自的衰减
9、频率特征之间具有频率变换式。 带通滤波器与低通原型各自的衰减频率特性具有频率变换式如下 ? ?-=? ?-=00001201W c c 为中心频率为相对带宽；式中：1200 21-c c c c W =。 运用等衰减条件于串联支路，有 ? ? ?-=1k K k C L j g j 式中：k g 为串联支路归一化元件参数，0W g L k k = ，k k g W C 0=，可见低通原型中的串联电感变换为带通滤波器中的串联谐振电路。将衰减条件运用到并联支路，归一化导纳应相等，即可推出0W g C i i =，i i g W L 0 =，式中i g 为并联支路归一化元件参数。 可见低通原型中的并
10、联电容变换成为带通滤波器中的并联谐振电路.求元件的真值只需要将一些值对滤波器阻抗进行反归一化即可。 4.结论 以上介绍了带通滤波器的工作原理和性能的相关分析，我们知道滤波器是电子设备中非常重要的器件，其铝箔性能的好坏关系到整个系统的系能，所以掌握好滤波器的原理和性能能帮助我们更好的设计出滤波效果好的滤波器。高性能滤波器是现代舰载电子战设备中非常重要的器件，其滤波器性能的好坏关系到整个系统的性能，其设 高速率信号传输及要求宽频带匹配的系统中具有很好的应用前景。 1李明武,李丽.吸收型准高斯带通滤波器的研制J.半导体技术,2022(3) 2程昆仑,李平辉.一种宽阻带带通滤波器的设计方法J.通信技术,2022,(3) 3周研,刘祖深.一种新型可调谐微带带通滤波器的设计J.电子测量与仪器学报,2022,(9) 4王勇,卢中华.窄带LC带通滤波器的设计与实现J.舰船电子对抗,2022,(4) 5贾建蕊，韩军.基于HFSS设计同轴腔调谐滤波器J.无线电工程，2022，（1） 6时晶晶.利用HFSS分析Ka波段慢波微带带通滤波器J.合肥师范学院学报，2022，（6） 7王清芬，马延爽应用HFSS设计40MHz腔体滤波器J.无线电工程，2022，（12） 8程军.基于HFSS的交指型滤波器设计与仿真J.微计算机信息，2022，（28） 学生（签名）刘建 2022 年 12 月 7 日