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1、电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（二）电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（二）滤波器设计实例滤波器设计实例滤波器技术参数滤波器技术参数?滤波器要求的技术参数；?中心频率；400MHz；?带宽：10MHz；?带内波动：小于0.1dB?带外抑制度：偏离中心频率25MHz；大于40dB；电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（二）电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（二）1、利用仿真软件作出初始设计输入设计要求，产生耦合矩阵输入设计要求，产生耦合矩阵?输入中心频率；带寛等参数S参数曲线参数曲线群时延曲线群时延曲线电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（二）电
2、子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（二）2、建立电路模型在串联谐振回路中引入串联电阻R在串联谐振回路中引入串联电阻RS S根据电路理论，串联谐振回路 的Q值为：02rssf LQR=考虑到，串联谐振回路的电阻为，0021rssf LRQQ=；12srLf=引入有限的Q0 值后，谐振腔的 频率偏移位：012ffQ=?中间谐振腔：?腔体的损耗有两部分；?腔体材料产生的损耗（金属材料趋肤效应产生的欧姆损耗和介质材料腔体材料产生的损耗（金属材料趋肤效应产生的欧姆损耗和介质材料tan产生的介质损耗）产生的介质损耗）?相邻腔体耦合的能量?与外电路连接的腔：?腔体的损耗也有两部分；?腔体材料产生的损
3、耗（金属材料趋肤效应产生的欧姆损耗和介质材料tan产生的介质损耗）?与外电路和相邻腔耦合的能量与外电路和相邻腔耦合的能量有载有载QL 值和无载值和无载Q0 值值202001212rrfQffQ=1010011221122rLrLfQQffQQ=+2011LQK=用什么表示用什么表示K变换器变换器lK Z L Z L K 2 Z =IN ZinZLZ0带通滤波器等效电路带通滤波器等效电路040S220101227878400;150.0375;4003 10;1131.4980891131.498089LfMHzMHzbwMHzQQKbw mQKbw m=12122323343445455656
4、67670.0289268;0.0217117;0.0206465;0.0206465;0.0217117;0.0289268;Kbw mKbw mKbw mKbw mKbw mKbw m=111000111;22LCRffQ=带通滤波器仿真结果带通滤波器仿真结果电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（二）电子科技大学 贾宝富 博士现代滤波器设计讲座（二）3、设计三维结构确定合适的腔体结构确定合适的腔体结构建立中间腔体计算模型建立中间腔体计算模型 A=30mm B=60mm C=120mm R1=5mm R2=6mm R3=8mm L=114.5mm H=15mm计算结果计算结果1、确定
5、腔体Q0 值；2、确定中间腔体的几 何尺寸02700;114.69;QLengthmm=腔体间的耦合结构腔体间的耦合结构?腔体间耦合结构的类型有很多种类型。?电耦合；?磁耦合；?混合耦合。在对称面上分别设置为完全导电面(PEW)和完全导磁 面(PMW)，在HFSS中用本征模求解器，得到的本征频率分 别对应 和，耦合系数可以用一个通用公式表示耦合系数耦合系数-电壁电壁/磁壁法磁壁法efmf2222ememffkff=+对于对称耦合谐振器的 情况，两个谐振器频率完全 相同，这样可以将耦合谐振 器从对称面劈开，如右图所 示。而如果两个谐振器是非对称的，同样也可以采用相同的 方法，将两谐振器从中间劈开
6、，这时每一个谐振器在对 称面上分别设置完全导电面(PEW)和完全导磁面(PMW)，这时将得到四个本征频率，和 这样，非 对称耦合结构的耦合系数为耦合系数耦合系数-电壁电壁/磁壁法磁壁法1ef1mf2ef2mf2222112222221122ememememffffkffff=+耦合系数耦合系数双模提取法双模提取法前面的分析是分别提取两个频率 和，而 对于耦合谐振器对，不管是对称结构的还是非 对称结构的，都可以利用双模分析方法，在耦 合谐振器对同时存在的情况下，利用HFSS的本 征模解算器，设置两个本征频率，这样一次性 提取出两个频率 和，则耦合系数的计算 公式为：efmf1f2f2221222
7、1ffkff=+计算耦合系数的模型计算耦合系数的模型 A=30mm B=120mm C=120mm R1=5mm R2=6mm R3=8mm L=114.5mm H=15mm S=27耦合系数计算结果耦合系数计算结果k120.0150.020.0250.030.0350.0424252627282930S(mm)K12由滤波器的值，确定：1223340.02893;0.02171;0.02065;KKK=12233425.513;28.291;28.767;lmmlmmlmm=腔体与外电路耦合腔体与外电路耦合?腔体与外电路耦合的结构类型主要有：?直接耦合；?容性耦合；?磁性耦合；?变换器耦合。
8、?通过计算模式的有载Q值计算耦合系数。其中，是某一模式的有载Q值。?在HFSS中，有载Q值可以用PML层计算。?在CST中，有载Q值可以通过群时延计算其中，是群时延最大值所对应的频率是最大群时延值输入、输出耦合系数的计算方法输入、输出耦合系数的计算方法2011LQK=LQ0maxL2ftQ=40fmaxt01K有载有载Q值计算模型值计算模型 同轴线内导体半径 1.5mm 同轴线外导体内径 3.5mm 耦合天线圆盘外径 13mm;厚度4mm 耦合天线于园柱表 面的距离1.94mmQL 计算结果计算结果1、由腔体QL 值确定天 线距离；2、确定边缘腔体的几 何尺寸1.879;113.399;dmm
9、Lengthmm=Initial Filter Design in HFSS Filter Theory:?Resonant frequency of the outermost resonators fR1=400 MHz?Resonant frequency of the inner resonators fR2=400 MHz?Loaded Q QL=31.498?Coupling coefficients K12=0.02893,K23=0.02171,K34=0.02065 HFSS Calibration:?Length of the two outermost resonators=113.399 mm?Length of the five inner resonators=114.69 mm?Antenna distance=1.879 mm?Distances between resonators are 25.513 mm,28.291 mm,28.767 mm HFSS计算模型计算模型HFSS仿真结果HFSS仿真结果小结小结?一般不对最后的滤波器实体模型作参数分析；优化和稳定性分析。?通常，对滤波器的优化是在等效电路分析的阶段。?参数分析使用实体模型是在部分结构分析中使用。?如果，实体模型正确，仿真方法得当，计算结果是可信的。