hfss腔體濾波器設計實例

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hfss腔體濾波器設計實例

黎濤 趙霞 發表於 2017-10-25 19:55:14

　　在微波帶通濾波器的設計中，我們經常採用腔體交指型結構。它具有插損小、帶外抑制度高、結構緊湊、體積小等優點。

　　對於腔體交指型帶通濾波器的設計，現在比較廣泛的的思路是：只考慮相鄰兩耦合杆之間的耦合關係，忽略相鄰杆以外的邊緣電容的影響，因而採用兩個沿結構傳輸的TEM正交模來描述，即奇模和偶模。而實際在這種濾波器結構中所有的諧振杆之間都存在耦合，因此這種方法只是一種簡化的近似設計。採用這種方法設計的產品性能差，表現在帶內插損和波紋大，矩形係數不好等，一般無法滿足現在通訊的要求，我們還要花大量的精力對濾波器進行調整，以提高其性能。甚至需要重新加工再生產，這大大增加了產品的研製成本和周期。

　　因此我們必須對濾波器進行精確的設計，即在工程設計中將所有諧振杆的耦合都考慮進去，而這不是傳統的手工計算可以完成的，必須藉助計算機軟體進行輔助設計。

　　自上世紀70年代以來，CAD工具在微波工程領域得到越來越廣泛的應用。經過多年的發展，目前國內外已有多種微波CAD軟體，而以Ansoft 公司的HFSS效果最佳。通過該軟體我們可以方便的得到各種物理模型，進而對該模型進行電磁場的仿真。計算結束後我們就可以得到所需的場結構和相關的S參數，也就知道了該濾波器的電性能情況。

　　本文用一個實例介紹了一種設計思路，藉助計算機利用Ansoft 公司的HFSS軟體對腔體交指型濾波器進行精確設計，實驗表明用這種方法設計的濾波器有通帶平坦、插損小、精確度高等特點。

　　hfss腔體濾波器設計實例

　　下面通過一個S波段的五級濾波器的設計實例加以說明。

　　首先我們通過簡化的近似計算得到該濾波器的幾何數據的初值，由於這類濾波器的粗略設計的方法已經很成熟，因此這裡不進行詳細介紹，直接給出（詳細情況可參看《現代微波濾波器的結構與設計》）。但這一步也是非常重要的，初值的好壞直接關係到我們利用軟體計算優化的快慢。

　　我們知道，對交指型濾波器的理論分析由平行耦合線濾波器演化而來。級數的計算仍遵從同樣的公式，濾波器的通帶中心頻率由諧振杆的長度決定，而通帶的帶寬則主要取決於各諧振杆的耦合，間距呈對稱分布。諧振杆的長度因諧振杆的開路終端效應而略小於四分之一波導波長。

　　下圖是所設計濾波器的模型圖:





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