实验一交叉耦合滤波器设计与仿真.doc

实验一交叉耦合滤波器设计与仿真实验一交叉耦合滤波器设计与仿真实验一交叉耦合滤波器设计与仿真实验一交叉耦合滤波器设计与仿真实验目的1。设计一个交叉耦合滤波器2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S参数实验设备装有HFSS13.0软件的笔记本电脑一台实验原理具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合,以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源,R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik（k=1，2,3,…，N）表示各谐振腔的回路电流，Mij表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦合系数(i，j=1,2，…，N，且i≠j）.在这里取ω0=1，即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk（k=1,2，3，…，N）表示各谐振腔的自耦合系数。n腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示:这个电路的回路方程可以写为或者写成矩阵方程的形式：其中，一般来讲，频率都归一成1，即ω≈ω0=1，则其中E为电压矩阵，I为电流矩阵，Z为阻抗矩阵，U0是N×N阶单位矩阵。M是耦合矩阵，它是一个N×N阶方阵,形式如下：其中对角线上的元素代表每一个谐振腔回路的自耦合，表示每一个谐振腔的谐振频率fi与中心频率f0之间的偏差。（在同步调谐滤波器中，认为它们的值都取零）。R矩阵是N×N阶方阵,除R(1，1)=R1,R（N，N)=R2为非零量以外,其它元素值都等于零.那么,这个电路的传输函数可以写为其中,D(cofZ1N)表示Z矩阵第一行、第N列元素的代数余子式,D(Z)表示Z矩阵的行列式.相应地,通带增益频响特性为取n=3，可得3×3阶耦合矩阵M：3阶椭圆函数滤波器的低通增益函数修正为：其中上述方法中的等波纹系数也必须进行修正，修正方法有下列两种：(1）取导数为零的点，得到（－1，1)内各点的最大值α,有：令标准椭圆函数与修正后的椭圆函数在边带上的衰减相等,从而求得修正后的纹波系数：实验内容设计一个交叉耦合滤波器，其指标要求如下：中心频率：910MHz带宽:40MHz带内反射：<20dB带外抑制：在MHz处〉20dB此滤波器通过三腔微带结构（环形谐振器）实现。选用介质板的相对介电常数为εr=1.8，厚度为h=1。27mm。腔体为半波长方腔结构，腔间耦合程度通过腔间距离来控制,使得滤波器谐振频率在910MHz。最终获得反射系数和参数系数曲线的仿真结果。实验步骤1。建立新工程了方便建立模型,在Tool>Options>HFSSOptions中讲DuplicateBoundarieswithgeometry复选框选中。2。将求解类型设置为激励求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSS>SolutionType。（2）在弹出的SolutionType窗口中（a）选择DrivenModal。（b）点击OK按钮。3。设置模型单位（1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。(2）在设置单位窗口中选择：mm.4。建立滤波器模型(1）首先建立介质基片(a）在菜单栏点击Draw>Box，这样可以在3D窗口中创建长方体模型。(b)输入长方体的起始坐标：X：-20，Y：-35，Z：0；按回车键结束输入。（c)输入长方体X，Y，Z三个方向的尺寸,即dX：40,dY：70，dZ:—1.27；按回车键结束输入。（d）在特性(Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Substrate，透明度（transparent)改为0.85。（e)点击Material对应的按钮，在弹出的材料设置窗口中点击AddMaterial按钮，添加介电常数为10.8的介质，将其命名为sub.点击OK结束。（2）建立Ring_1（a）在菜单栏中点击Draw〉Rectangle,创建矩形模型.(b)在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X:0,Y：0,Z：0按回车键。(c）在坐标输入栏中输入长、宽：dX：10，dY：-25，dZ:0按回车键。(d)在特性（Property)窗口中选择Attribute标签,将该名字修改为Ring_1。（e）在菜单栏中点击Draw〉Rectangle,创建矩形模型。(f）在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X:1.4，Y：-1.4,Z：0按回车键。（g）在坐标输入栏中输入长、宽：dX：7.2，dY：-22.2,dZ：0按回车键。（h)在特性(Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Inner.（i）同样地，建立矩形Cut_1,输入的坐标为：X：4，Y：—25,Z：0，按回车键结束。dX:2,dY：1。4，dZ：0,按回车键结束。（j)用Ring_1将Inner和Cut_1减