六邊環(huán)濾波器畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p><b>　　六邊環(huán)濾波器的研究</b></p><p><b>　　學(xué) 院：</b></p><p><b>　　專 業(yè)：</b></p><p><b>　　班 級：</b>

2、</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p><b>　　完成日期： </b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的

3、發(fā)展，濾波器在通信，雷達(dá)，醫(yī)療系統(tǒng)等各個領(lǐng)域都有越來越廣泛的發(fā)展，與此同時，由于現(xiàn)代制造業(yè)的日趨成熟，我們已經(jīng)有能力制造尺寸更小的濾波器。于是在這基礎(chǔ)上，人們開始研究濾波器的小型化和高效化。在各種類型的濾波器中，六邊環(huán)濾波器逐漸受到人們的重視。</p><p>　　在本文中，主要設(shè)計仿真了一個簡單的六邊環(huán)濾波器，通過仿真實驗結(jié)果，對它的性能進(jìn)行分析，并且通過改變開口或貼片的位置、大小以及數(shù)量等相關(guān)參數(shù)，分析濾波器

4、性能，理解不同情況下干擾對于濾波器性能的影響。最后設(shè)計了一個含有兩個缺口干擾的濾波器，通過仿真實驗，分析它的性能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：六邊環(huán)濾波器，微帶濾波器,缺口干擾，貼片干擾</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of modern communicat

5、ion technology, the filter has more and more extensive development in communication, radar, medical systems and other fields. At the same time, as a result of modern manufacturing industry is becoming mature, we have bee

6、n able to make a smaller filter. Then on this basis, people have begun to study the filter, which has smaller size and high efficiency. In various types of filters, people have paid more and more attention to the hexagon

7、al loop filter.</p><p>　　In this article, a simple type of hexagonal loop filter is proposed. Through the simulation result, its performance is analyzed. And through changing the position、size and number of

8、notch perturbation or patch perturbation, we can achieve some configurations of hexagonal loop filter, and understanding the different position of the interference for filter performance. At last, the model structure of

9、the most efficient of hexagonal filter will be determined. At last, one kind of filter, which intr</p><p>　　Key words：Thehexagonalloopfilter, microstrip filter, notch perturbation, patch perturbation</p&g

10、t;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論3</b></p><p>　　1.1濾波器概述3</p><p>　　1.2濾波器的發(fā)展3</p><p>　　1.3微帶濾波器的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4

11、六邊環(huán)濾波器的研究意義3</p><p>　　1.5本文的研究內(nèi)容3</p><p>　　2微帶濾波器的設(shè)計方法3</p><p>　　2.1微帶濾波器原理3</p><p>　　2.2實際濾波器的基本參數(shù)3</p><p>　　2.3微帶濾波器設(shè)計方法3</p><p>

12、　　3六邊環(huán)濾波器設(shè)計3</p><p>　　3.1有貼片干擾的六邊環(huán)濾波器設(shè)計3</p><p>　　3.2無貼片干擾的六邊環(huán)濾波器的設(shè)計3</p><p>　　4六邊環(huán)濾波器的仿真與分析3</p><p>　　4.1HFSS仿真軟件介紹3</p><p>　　4.2無缺口無貼片干擾的六邊環(huán)濾波

13、器的仿真3</p><p>　　4.3缺口干擾對于濾波器性能的影響3</p><p>　　4.4貼片干擾對于濾波器性能的影響3</p><p>　　4.5 多個干擾對于濾波器性能的影響3</p><p><b>　　5總結(jié)3</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

14、3</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　濾波器概述</b></p><p>　　濾波器，是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路，就是濾波器，其功能就是得到一個特定頻率或消除一個特定頻率。

15、</p><p>　　1.1.1 濾波器分類</p><p>　　濾波器按照分的方法的不同，分的濾波器種類也不相同，濾波器的種類很多，分類方法也不同。主要有以下方法：</p><p>　　1) 信號濾波器和電磁干擾濾波器：濾波器按照功用的不同可把濾波器分為信號選擇濾波器和電磁干擾濾波器兩類。信號選擇濾波器能有效地除去不需要的信號分量，同時它是對被選擇的信號幅度相位影

16、響最小的濾波器。電磁干擾濾波器可以有效地防止電磁干擾。我們從選擇頻率的角度出發(fā)，電磁干擾濾波器是屬于低通濾波器范疇的。電磁干擾濾波器又可以分為信號線濾波器，反射型濾波器、吸收性濾波器、電源線濾波器等等幾類。</p><p>　　2) 低通、高通、帶通和帶阻濾波器：這四種是我們平時最為熟悉的稱呼濾波器的方法，即濾波器按所通過的信號頻段命名，它分為低通、高通、帶通、帶阻四種。</p><p>

17、　　A. 低通濾波器：從0~f2頻率之間，幅頻特性平直，它可以使信號中低于f2的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而高于f2的頻率成分受到極大地衰減。</p><p>　　圖1.1 低通濾波器的理想頻率響應(yīng)</p><p>　　B. 高通濾波器：與低通濾波器相反，從頻率f1~ ，其幅頻特性平直。它使信號中高于f1的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而低于f1的頻率成分將受到極大的影響。</p&g

18、t;<p>　　圖1.2 高通濾波器的理想頻率響應(yīng)</p><p>　　C. 帶通濾波器：它的同頻帶在f1和f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分可以不受衰減地通過，而其他成分受到限制。</p><p>　　圖1.3 帶通濾波器的理想頻率響應(yīng)</p><p>　　D. 帶阻濾波器：與帶通濾波器相反，阻帶在頻率f1~f2之間。它使信號中高于f1

19、而低于f2的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。</p><p>　　圖1.4 帶阻濾波器的理想頻率響應(yīng)</p><p>　　值得注意的是，低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式，其他的濾波器都可以理解為這兩類型的濾波器，例如：低通濾波器與高通濾波器的串聯(lián)為帶通濾波器，低通濾波器與高通濾波器的并聯(lián)為帶阻濾波器。</p><p>　　3)

20、 模擬濾波器和數(shù)字濾波器：濾波器按照所要處理的信號，將濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。模擬濾波器又有無源和有源的，無源濾波器主要由R'L、C構(gòu)成，有源濾波器主要由運(yùn)放或者跨導(dǎo)運(yùn)放及電阻電容組成。同時，模擬濾波器會有電壓漂移和溫度漂移、噪聲等問題。數(shù)字濾波器是由加法器、數(shù)字乘法器、延時單元組成的一種裝置或算法。數(shù)字濾波器它的功能是對輸入離散信號的數(shù)字或代碼進(jìn)行運(yùn)算處理，以此來達(dá)到改變信號頻譜的目的。</p>&

21、lt;p><b>　　濾波器的發(fā)展</b></p><p>　　在微波技術(shù)的發(fā)展過程中，微波濾波器是一個極其活躍的分支，這里只對近年來的主要發(fā)展和發(fā)展趨勢作一個簡要的概括。</p><p>　　1) 從個別應(yīng)用到一般應(yīng)用</p><p>　　隨著微波理論和技術(shù)的飛速發(fā)展，微波波段中的電子設(shè)備不斷增多，頻譜逐漸變得擁擠，加上電子對抗技術(shù)普遍

22、應(yīng)用于各個方面，都促使微波濾波器在應(yīng)用的廣度和深度上都必須更快速發(fā)展來適應(yīng)不斷變化的社會。</p><p>　　2)設(shè)計方法從繁到簡</p><p>　　現(xiàn)在我們已經(jīng)可以成套地應(yīng)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合理論成果，順利地實現(xiàn)各種微波濾波器的綜合，并借助電子計算機(jī)的幫助來進(jìn)行仿真，既節(jié)約了時間，又提高了設(shè)計的效率和精度。這無疑能提高研究人員的工作效率。</p><p>　　3)式

23、多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化</p><p>　　由于微波濾波器廣泛的應(yīng)用和如今設(shè)計制造工藝的飛速的發(fā)展，濾波器己經(jīng)從極少的幾個品種發(fā)展到數(shù)以十計的結(jié)構(gòu)類型，并且使用分布元件的網(wǎng)絡(luò)綜合法的不斷改進(jìn)以及低溫超導(dǎo)的應(yīng)用，另外使用有源器件的微波濾波器電路，使得微波濾波器的設(shè)計至今仍然是一個活躍且充滿生命力的研究領(lǐng)域。</p><p>　　4)與其他有源或無源微波元件和器件的結(jié)合日益密切</p>

24、<p>　　微波濾波器如今已成為無源微波元件的主角之一，它被當(dāng)作是用于分離或組合各種不同頻率信號的重要元件，不僅能較好的完成本身的任務(wù)，還能代替其他一些微波元器件的功能，或者把另外一些微波元器件看成是微波濾波器結(jié)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計仿真。鏡像參量和插入損耗這兩種濾波器的設(shè)計方法可以給出集總元件電路，這種設(shè)計對于微波應(yīng)用來說通常必須改變?yōu)橛蓚鬏斁€段組成的分布元件，理查德和科洛達(dá)恒等關(guān)系就為我們提供了這么一個手段。由于這些元件在實際系統(tǒng)中

25、的重要作用和各種各樣的可能實現(xiàn)方法，可以說微波濾波器的發(fā)展前景越來越廣泛。</p><p>　　5)各種新型材料用于微波濾波器</p><p>　　微波材料的多樣化及其在微波濾波器的成功應(yīng)用，大大的提高了濾波器的性能指標(biāo)，比如低溫超導(dǎo)體的應(yīng)用使得微波濾波器的設(shè)計至今仍是一個活躍的研究領(lǐng)域。</p><p>　　微帶濾波器的研究現(xiàn)狀</p><p&

26、gt;　　在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，需要小型化、低成本的高性能帶通濾波器。以前的微帶或者帶狀線結(jié)構(gòu)的帶通濾波器通常都是由平行耦合諧振器或是半波長電容耦合諧振器構(gòu)成，由于這樣的濾波器采用了印制電路制作技術(shù)，從而使得濾波器的生產(chǎn)成本以及實現(xiàn)的體積大小較以前的波導(dǎo)、腔體結(jié)構(gòu)濾波器相比都大大降低，不過由于微波電路的周期性使得這種微帶結(jié)構(gòu)的濾波器在諧波頻率上也具有諧波通帶，這樣在對于需要抑制雜波的應(yīng)用中這樣的濾波器通常需要通過使用一個低通濾波器的組合使用

27、才能滿足具體的要求。另一個方面，由于微帶帶通濾波器的二階雜波響應(yīng)使得濾波器的基波頻帶響應(yīng)的上邊阻帶衰減不陡，濾波器的通帶也不對稱。研究表明，微帶帶通濾波器的上述缺點是由于平行耦合諧振器中的奇模、偶模的相速不同造成的，其中奇模沿耦合線的內(nèi)部傳播，偶模沿耦合微帶線的外部傳播。一般情況下是奇模的相速度大于偶模的相速度，而通常的微帶平行耦合帶通濾波器的設(shè)計公式是基于耦合諧振器中的奇模、偶模相速度相同的條件下得到的。</p><

28、;p>　　六邊環(huán)濾波器的研究意義</p><p>　　隨著現(xiàn)代無線通信的飛速發(fā)展，微波濾波器作為通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵無源部件，得到了廣泛的研究。特別是，具有小型化、低插損和高阻帶抑制能力等特性的微帶濾波器結(jié)構(gòu)更是備受人們關(guān)注。例如方環(huán)諧振器和圓環(huán)諧振器，其中開環(huán)式帶通濾波器具有橢圓函數(shù)頻率響應(yīng)特性，電路尺寸較小等特點，因此在小型、低功率的微波集成電路應(yīng)用中更有優(yōu)勢。最近，基于六邊形諧振器結(jié)構(gòu)的濾波器，開始引起人

29、們的關(guān)注，因為它不僅繼承了傳統(tǒng)的方環(huán)諧振器和圓環(huán)諧振器的優(yōu)良性能，與此同時還展現(xiàn)了一些新的特性。最初的六邊形諧振器結(jié)構(gòu)濾波器是采用六邊形開環(huán)諧振器來替代傳統(tǒng)的方環(huán)諧振器，這樣就可以使用更少的諧振器個數(shù)來得到和傳統(tǒng)方環(huán)諧振器相同的頻率響應(yīng)，通過此方法，從而減小了體積。后來人們又提出了一種帶源負(fù)載的六邊形濾波器的設(shè)計方法，并設(shè)計了一個具有橢圓函數(shù)濾波器響應(yīng)的帶通濾波器，通過采用非對稱饋電的方法，在濾波器阻帶內(nèi)得到了額外的傳輸零點，優(yōu)化了濾波

30、器的阻帶抑制能力。六邊形濾波器的研究極大的降低了濾波器的中心頻率，從而更好的實現(xiàn)了濾波器尺寸的縮減。</p><p><b>　　本文的研究內(nèi)容</b></p><p>　　本文從一個帶有貼片干擾的六邊環(huán)濾波器出發(fā)，通過仿真軟件，對它的性能參數(shù)進(jìn)行分析。隨后，仿真了另一種帶有缺口干擾的六邊環(huán)濾波器，通過不斷地改變?nèi)笨诨蛸N片的大小，位置與數(shù)量，得到不同模型結(jié)構(gòu)下的仿真結(jié)

31、果，分析傳輸曲線圖，比較各個模型的性能是否滿足要求。在本文的最后，仿真設(shè)計了一個含有兩個缺口的六邊環(huán)濾波器，這兩個缺口位于六邊環(huán)臂中心的兩側(cè)，通過對仿真結(jié)果的分析，判斷該濾波器的種類，性能。最后，將之前仿真過的各種結(jié)構(gòu)六邊環(huán)濾波器作比較，了解缺口干擾及貼片干擾的大小、數(shù)量及位置的不同，對于濾波器性能的影響。</p><p>　　微帶濾波器的設(shè)計方法</p><p><b>　　微

32、帶濾波器原理</b></p><p>　　微帶濾波器當(dāng)中最基本的濾波器是微帶低通濾波器，為L、C串并聯(lián)而組成的梯形電路，如圖2.1所示，同時其他類型的濾波器也可以通過低通濾波器的原型轉(zhuǎn)化過來。最大平坦濾波器和切比雪夫濾波器是兩種最為常用的低通濾波器的原型。微帶濾波器中最簡單的濾波器就是用開路并聯(lián)短截線或者是短路串聯(lián)短截線來代替集總元器件的電容或是電感來實現(xiàn)濾波的功能。這種類型的濾波器帶寬較窄，雖然不能

33、完全應(yīng)用于所有的應(yīng)用場合，但是由于它設(shè)計簡單，因此在某些地方還是值得應(yīng)用的。</p><p>　　圖2.1LC串并聯(lián)低通原型濾波器電路</p><p>　　微帶濾波器的工作頻帶稱為通頻帶，通頻帶內(nèi)的傳輸特性可用插入衰減LA表示，即</p><p>　　式中，Pi為網(wǎng)絡(luò)輸入端的入射波頻率，PL為匹配負(fù)載吸收的功率。</p><p>　　實際濾波

34、器的基本參數(shù)</p><p>　　理想的濾波器是根本不存在的，在實際濾波器的幅頻特性曲線中，通帶和阻帶之間并沒有嚴(yán)格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個過渡帶。在過渡帶之間的頻率成分不會被完全抑制，只會產(chǎn)生不同程度的衰減。當(dāng)然，為了濾波器的性能更為高效，我們希望過渡帶越窄越好，也就是希望對于通帶外的頻率成分衰減得越快、越多越好。因此，在設(shè)計實際濾波器時，應(yīng)該通過各種方法來使所設(shè)計的濾波器盡可能地逼近理想濾波器。<

35、;/p><p>　　如圖2.2所示為理想帶通（虛線）和實際帶通（實線）濾波器的幅頻特性。由圖中可見，理想濾波器的特性只需用截止頻率描述，而實際濾波器的特性曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點，因此需要用更多的參數(shù)來描述。</p><p>　　圖2.2 理想濾波器和實際濾波器的幅頻特性圖</p><p>　　中心頻率：即濾波器的通帶的中心頻點f0。</p><p>

36、;　　紋波幅度d：在一定的頻率范圍內(nèi)，實際濾波器的幅頻特性可能隨著波紋變化，它的波動幅度d和幅頻特性的平均值A(chǔ)0相比，應(yīng)該越小越好，一般應(yīng)該遠(yuǎn)小于-3dB。</p><p>　　截止頻率fc：幅頻曲線的特性值等于0.707A0所對應(yīng)的頻率稱為該濾波器的截止頻率。以A0為參考點，0.707A0就對應(yīng)于-3dB點，即相對于A0，頻率衰減了3dB。如果以信號幅值的平方來表示信號功率，那么所對應(yīng)的點正好是信號的半功率點。

37、</p><p>　　波紋系數(shù)：用于描述頻率響應(yīng)曲線在濾波器通帶內(nèi)的變化，波紋系數(shù)為通帶內(nèi)頻率響應(yīng)曲線上最大幅值與最小幅值之差。</p><p>　　傳輸零點：傳輸零點又被稱為衰減極點或者陷波點，傳輸零點時指從濾波器的通帶到阻帶過渡段中一個明顯的下陷點，濾波器的帶外抑制控制能力的好壞與否由傳輸零點是否出現(xiàn)來決定。</p><p>　　帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q值：上下兩截止

38、頻率之間的頻率范圍被稱為濾波器帶寬，或者是-3dB帶寬，單位為Hz。根據(jù)濾波器的帶寬能夠決定著濾波器分離信號中相鄰頻率成分的能力——即頻率分辨力。在電工學(xué)中，通常我們用Q來代表諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。在二階振蕩環(huán)中，Q值相當(dāng)于諧振點的幅值增益系數(shù)， （ ——阻尼率）。對于帶通濾波器而言，通常把中心頻率f0和帶寬B兩者的比值稱作為濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。</p><p>　　通帶帶寬：從嚴(yán)格意義上而言，帶寬又可以劃分為噪聲

39、帶寬、3dB帶寬、乃奎斯特帶寬、滾降系數(shù)帶寬等若干種，使用時必須明確加以區(qū)分。其中在本文的微帶濾波器設(shè)計中一般所指的均是3dB帶寬，也就是通帶衰減達(dá)到3dB時所對應(yīng)的上下限截止頻率f1和f2之間的寬度，相對帶寬定義為絕對帶寬與中心頻率f0兩者的比值，表達(dá)式為</p><p>　　倍頻程選擇性W：在兩個截止頻率的外側(cè)，實際濾波器存在一個過渡帶，這個過渡帶幅頻曲線的傾斜程度就表明了濾波器幅頻特性衰減的快慢，它的傾斜程

40、度決定著濾波器對帶寬外頻率成分衰阻的能力。通常用倍頻程選擇性來表征。所謂倍頻程選擇性，是指在上截止頻率fc2與2fc2之間，或者在下截止頻率fc1和fc1/2之間幅頻特性的衰減值，即頻率變化一個倍頻程時的衰減量</p><p><b>　　或 </b></p><p>　　倍頻程衰減量以dB/oct表示。顯然，只要衰減越快（即W值越大），濾波器的選擇性就越好。當(dāng)然，對

41、于遠(yuǎn)離截止頻率的衰減率也可用10倍頻程衰減數(shù)表示。</p><p>　　插入損耗：可以理解為在電路中由于插入濾波器所導(dǎo)致的信號損耗，用S21參數(shù)來定量描述，以dB為量度單位，定義式為 ，與3dB帶寬相對應(yīng)，一般認(rèn)為通帶插損不應(yīng)超過3dB。但對阻帶衰減的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，一般認(rèn)為至少大于15dB。</p><p>　　回波插損：用S11參數(shù)來定量描述這一參數(shù)，以dB為量度單位，它的值定義為輸入

42、功率Pin與反射功率Pr之間的比值再取對數(shù)，即 ，回波損耗相當(dāng)于通帶內(nèi)的駐波特性，以及與外部電路的匹配狀況，一般我們認(rèn)為回波插損至少應(yīng)該大于10dB。</p><p>　　端口特性阻抗：為了滿足濾波器規(guī)格而通常必須連接到濾波器輸出終端的阻抗，在實際工程中多數(shù)情況下，它的大小為50歐姆。在HFSS仿真中，我們也取這一數(shù)值來來進(jìn)行仿真實驗。</p><p>　　濾波器因數(shù)（或矩形系數(shù)） ：所

43、謂濾波器因數(shù)是濾波器選擇性的另一種表示方式，它是</p><p>　　利用濾波器幅頻特性的-60dB帶寬和-3dB帶寬的之間的比值來衡量該濾波器的選擇性，記作為 。通常意義上來說， 越接近于1，那么濾波器的選擇性越好。</p><p><b>　　微帶濾波器設(shè)計方法</b></p><p>　　理想的濾波器與實際濾波器的區(qū)別在于，它應(yīng)該是這樣一

44、種二端口網(wǎng)絡(luò)：在通帶范圍內(nèi)它可以使信號完全傳輸，而在阻帶范圍內(nèi)它可以使信號完全不能傳輸。然而在實際工程中，由于種種原因，我們只能設(shè)計一個盡可能接近理想濾波特性的濾波器，并用散射系數(shù)(S參數(shù))來描述它的性能。低頻模擬電路中的濾波器是用LC諧振回路組成的，它的特點是電感、電容和電阻等電路元件為集總參數(shù)元件，它們的尺寸大小遠(yuǎn)小于工作波長。因此，通過濾波器的信號，它的電磁波傳播的幅度和相位可以看成是不變的。不過在微波波段里，隨著頻率的升高，特別

45、是當(dāng)工作波長與元件尺寸相差不大時候，就必須考慮到電磁波幅度與相位的變化這時集總元件濾波器就失去了它原有的特性。在這種情況下，我們就要使用分布參數(shù)濾波器來代替。微帶線就是一種常用的分布參數(shù)傳輸線，它可以使得濾波器的設(shè)計從集總參數(shù)擴(kuò)展到分布參數(shù)的領(lǐng)域。微波電路理論與低頻電路的理論不盡相同，這就要求我們必須用電磁場理論來處理所要研究的微波濾波器。</p><p>　　微帶濾波器和波導(dǎo)、同軸線等微波濾波器三者之間的主要區(qū)

46、別僅在于傳輸線形式的不同。在主要特點方面，比如采用半集總參數(shù)或者分布參數(shù)結(jié)構(gòu)是相同的，因此有關(guān)微波濾波器的一些基本概念和設(shè)計方法對于微帶濾波器來說也同樣適用。在最開始的時候，微波濾波器的設(shè)計比較多地采用以下兩種方法：</p><p>　　1)鏡像參量設(shè)計法。這是低頻濾波器的經(jīng)典設(shè)計方法。一開始的微波濾波器設(shè)計也用這種方法。當(dāng)濾波器的各節(jié)都與網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)成鏈型電路時，就可以采用這種方法，這里使用了各節(jié)單元的鏡像參量來進(jìn)

47、行級聯(lián)。這種方法的缺點是得出的濾波器性能較差，并且要求它的終端必須接以隨頻率而變化的鏡像阻抗來作為負(fù)載才可以得到所需的設(shè)計性能，這在當(dāng)時是不實際的。雖然我們也可以通過在兩端加匹配節(jié)來改善，但這樣會引起結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，并使得調(diào)整變得繁瑣。按鏡像參量設(shè)計的濾波器，衰減特性有時會在通帶內(nèi)產(chǎn)生一尖峰，因而導(dǎo)致工作性能產(chǎn)生惡化。在低頻濾波器中，我們可以由原型濾波器導(dǎo)出K型和m型濾波器，以此改善性能，但是結(jié)構(gòu)也同樣很復(fù)雜，因此不能很好的應(yīng)用到微波濾波器

48、中。根據(jù)以上原因，這種方法已經(jīng)不在適用于濾波器設(shè)計。</p><p>　　2) 傳輸波設(shè)計法。之前在設(shè)計波導(dǎo)濾波器時曾經(jīng)廣泛采用這種方法，其基本出發(fā)點是把微波濾波器看作是傳輸線上放置的相隔一定距離的電抗、電納或諧振元件。每一種元件對于進(jìn)入的傳輸波都能產(chǎn)生一反射波。如果適當(dāng)?shù)剡x擇元件的電抗值、電納值和它們之間的距離，就能使通帶之間的各個反射波相互抵消，從而得到一個較低的插入駐波比，從而使得插入衰減變小。在阻帶中，則

49、會由于發(fā)射波的疊加，從而得到高的衰減。在整個設(shè)計過程中，可采用圓圖或矩陣來運(yùn)算。這種設(shè)計方法，根據(jù)波在傳輸線上的傳播特性，雖然物理概念清楚，但也有其缺點，那就是較難進(jìn)行綜合設(shè)計，因此也很難提高濾波器的性能。</p><p>　　由于以上兩種設(shè)計方法缺點較多，難以有效并合理地解決濾波器的主要矛盾，因此目前濾波器設(shè)計方法就逐漸過渡到以綜合設(shè)計為基礎(chǔ)的原型電路設(shè)計方法。所謂原型電路就是以L、C作為元件的集總參數(shù)低頻電路

50、，其中L、C的數(shù)值大小都是根據(jù)濾波器一定的指標(biāo)要求、通過不同的綜合設(shè)計方法求出來的，通過此方法可以得出一系列規(guī)格化的元件數(shù)值，列成表格，即原型電路元件參數(shù)。在進(jìn)行具體濾波器設(shè)計的過程中，不需要每次都進(jìn)行計算，而只需要根據(jù)一定的變換關(guān)系將原型電路元件的參數(shù)轉(zhuǎn)化為實際濾波器的元件值即可，這樣就實現(xiàn)了微波濾波器。使用這種方法，不僅僅因為原型電路的元件參數(shù)已經(jīng)通過綜合設(shè)計而達(dá)到了“最佳化”，同時設(shè)計參數(shù)已經(jīng)“規(guī)格化”，只要得到原型濾波器和所需設(shè)

51、計濾波器之間的變換關(guān)系，就可設(shè)計各種類型的濾波器。</p><p>　　微帶濾波器的綜合設(shè)計方法中最常見到是插入損耗法，它的基本步驟如圖2.3所示，</p><p>　　圖2.3 插入損耗法的基本步驟</p><p>　　首先可以根據(jù)給定的指標(biāo)來確定低通原型濾波器的集總參數(shù)元件值，然后經(jīng)過阻抗變換實現(xiàn)信號源和負(fù)載之間的匹配，再通過頻率變換來實現(xiàn)要求，如圖2.3為插入

52、損耗法的基本步驟。最后把集總參數(shù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的分布參數(shù)并用微帶線來實現(xiàn)，在整個設(shè)計步驟中，最關(guān)鍵的也是最難的一步是通過微帶結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)集總元件參數(shù)的濾波器，特別是在復(fù)雜的情況下即串并聯(lián)諧振回路結(jié)構(gòu)。所以用開路、短路短截線級聯(lián)來實現(xiàn)的微帶濾波器應(yīng)用較少，不過依據(jù)這種基本理論衍生出的其他各種設(shè)計過程和結(jié)構(gòu)形式，在實際中被廣泛使用。</p><p><b>　　六邊環(huán)濾波器設(shè)計</b></p&g

53、t;<p>　　在本章中，首先引入一個有貼片干擾的六邊環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)，根據(jù)電場分布圖，觀察它與傳統(tǒng)的六邊環(huán)諧振器之間的區(qū)間，接著設(shè)計了幾種貼片干擾的六邊環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)模型。</p><p>　　有貼片干擾的六邊環(huán)濾波器設(shè)計</p><p>　　1）有貼片干擾的六邊環(huán)諧振器</p><p>　　圖3.1 六邊環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)圖</p><p

54、>　　圖3.1展示了一個有貼片干擾的雙模六邊環(huán)諧振器的幾何結(jié)構(gòu)，一個常規(guī)的六邊環(huán)由六個相同的微帶線臂組成，形成基本的諧振結(jié)構(gòu)。一個角度為120度的菱形結(jié)構(gòu)的貼片干擾被放置在六邊環(huán)的一個頂點，它的對角線長度為p。</p><p>　　圖3.2六邊環(huán)諧振器的電場圖</p><p>　　根據(jù)諧振腔的模型，諧振腔的頂部和底部是完美的導(dǎo)電墻，其余部分是完美的磁力墻，諧振腔內(nèi)的電磁場能夠擴(kuò)充為多

55、種模式。一個全波電磁場本征模擬被用來描繪該有貼片干擾的雙模六邊環(huán)諧振器的電場分布。</p><p>　　圖3.2中，顯示的是，即沒有干擾時的電場分布，該電場關(guān)于z軸轉(zhuǎn)動，有反對稱性。</p><p>　　當(dāng)時，即干擾被引入，在較低諧振頻率時，它的電場分布如圖3.3所示</p><p>　　圖3.3 引入干擾時的電場圖</p><p>　　從圖

56、中，我們發(fā)現(xiàn)電場的最大值移動到諧振器的上下兩個頂點處，并且電場Ez是關(guān)于對稱軸A-A`對稱的，該模式為偶模。</p><p>　　圖3.4 高階模式下的電場圖</p><p>　　圖3.4所示為有更高諧振頻率的諧振器的電場分布，其中電場最強(qiáng)的點分布在左右兩側(cè)，顯然，它是一個關(guān)于對稱軸A-A`的奇模。由于奇模的電場模式不能通過旋轉(zhuǎn)偶模的電場來獲得，因此兩種極化的退化模式相比于方形或圓形諧振器

57、是完全不同的，方形與圓形的諧振器它們的兩種模式是互相垂直的。</p><p>　　2) 有貼片干擾的六邊環(huán)濾波器</p><p>　　將該六邊環(huán)諧振器運(yùn)用到濾波器中，由于該結(jié)構(gòu)有多種可能的組合方式，圖3.5所示為3種可能的帶有貼片干擾的雙模六邊環(huán)濾波器的結(jié)構(gòu)，他們的尺寸大小都是相同的，唯一不同的是擾動的位置。每一個圓周長都近似等于一個波長，諧振器與一對50歐姆的反饋線相耦合，并且每條反饋線

58、以V型相互連接，它們之間的間隙寬度由諧振器和耦合線之間的強(qiáng)耦合和刻蝕公差決定。對于一個六邊環(huán)濾波器來說，引入貼片的位置有很多種情況，但由于對稱的存在，實際只能產(chǎn)生三種有效的六邊環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)。三種不同的結(jié)構(gòu)分別被設(shè)計出來，如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 三種可能的有貼片干擾的六邊環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)</p><p>　　無貼片干擾的六邊環(huán)濾波器的設(shè)計</p><p

59、>　　通過以上的有貼片干擾的濾波器出發(fā)，本人在此過程中，得到了設(shè)計一個簡單六邊環(huán)濾波器，并引入缺口干擾，在此基礎(chǔ)上不斷改變?nèi)笨谖恢茫治鰧嶒灲Y(jié)論的想法。于是一個六邊環(huán)濾波器被仿真設(shè)計。</p><p>　　圖3.6無貼片干擾的六邊環(huán)濾波器具體參數(shù)</p><p>　　圖3.6展示的是一個基本的六邊環(huán)濾波器，圖中的兩個端口分別為輸入和輸出端口，具體參數(shù)如下表3.7所示</p>

60、;<p>　　表3.7 六邊環(huán)的參數(shù)列表</p><p>　　該六邊環(huán)濾波器在HFSS中的仿真設(shè)計圖如下圖3.8所示：</p><p>　　圖3.8 無貼片干擾的六邊環(huán)濾波器仿真模型</p><p>　　六邊環(huán)濾波器的仿真與分析</p><p>　　HFSS仿真軟件介紹</p><p>　　HFSS是An

61、soft公司推出的一種三維高頻電磁場仿真軟件，有限元方法是它所采用的理論基礎(chǔ)，這是一種積分方法，它的解是頻域的。這與大部分的數(shù)值分析軟件相似，但HFSS并不是傻瓜軟件，對于絕大部分的問題來說，如果想要得到準(zhǔn)確而快速的結(jié)果，就必須人工進(jìn)行干預(yù)，包括必須明確模型的細(xì)節(jié)外，建模者還需要具備一定的電磁場理論基礎(chǔ)。由于HFSS的功能很多，以下就不一一介紹。只對本人在建模過程中所用到的功能進(jìn)行一些說明。</p><p>　　

62、對稱的使用:對于一個具體的高頻電磁場仿真問題，首先要看看是否可以采用對稱面，這會簡化你的仿真過程。這里面的約束主要是幾何對稱和激勵對稱的要求。如果一個問題的激勵并沒有說明是可改變的，例如全部同相饋電的陣列，這時最好采用對稱的方法。甚至可以采用兩個對稱(E和H對稱)，采用此方法，可以大大的節(jié)約時間和設(shè)備資源。</p><p>　　面的使用:在實際問題中，很多結(jié)構(gòu)都是可以用二維面來代替的，使用二維面的好處是可以極大的

63、減小計算量并且計算的結(jié)果與三維實體之間的誤差相差無幾。</p><p>　　網(wǎng)格劃分:當(dāng)模型建立好了以后，就可以進(jìn)入計算模塊，第一步是給問題劃分網(wǎng)格。對于一般問題，可以讓軟件自動劃分，這樣比較省心，但對于大型問題和復(fù)雜問題，也采用讓軟件劃分的話，可能完成仿真的時間會變長，也就需要很好的耐心來等待。根據(jù)適用該軟件的實際經(jīng)驗，在大型模型結(jié)構(gòu)的密集區(qū)或者場敏感區(qū)域使用人工劃分可以得到良好的效果。在對腔體濾波器或者微帶濾

64、波器的仿真時，如果一開始就使用自動劃分，就會發(fā)現(xiàn)它的收斂非常緩慢，計算時間也相對較長，當(dāng)改為人工劃分后，收斂速度明顯變快。</p><p>　　需要的精度:計算所有問題時，一般都需要給定一個收斂精度和計算次數(shù)以防止程序“陷入計算而無法自拔”，當(dāng)熟悉模型后，可以單單通過給定次數(shù)來仿真。一般，在仿真問題之前，建議計算精度不要太高，一般S參數(shù)的精度設(shè)定為0.02左右為可，就滿足絕大部分的需要(這時就應(yīng)該注意是否有收斂反

65、彈的情況)。如果是計算次數(shù)，對于密閉問題而言，建議是設(shè)定8—12次，對于輻射問題，一般設(shè)定計算6—8次左右就可以觀察結(jié)果，如果結(jié)果不理想再決定是否繼續(xù)計算。在對腔體濾波器進(jìn)行仿真時，精度設(shè)為0.02，次數(shù)設(shè)為10次。在對微帶濾波器進(jìn)行仿真時，精度設(shè)為0.015，次數(shù)設(shè)為10次。</p><p>　　掃描:HFSS提供的掃描功可以分為三種方式:快速、離散和插值。它們的區(qū)別如下，其中離散掃描只能夠保留最后一個頻點的場

66、結(jié)果，它的計算時間是單個頻帶計算時間之和。對于快速掃描來說，將可以得到所計算的頻率范圍內(nèi)的所有頻率場結(jié)果，其中計算速度和頻點多少之間的關(guān)系不大，而是基本和模型復(fù)雜程度成正比，有時掃描計算的時間非常長，如果不是對于結(jié)論不是特別關(guān)心所有的場情況，那么建議選用離散掃描，對于相當(dāng)巨大的問題，最好使用快速掃描。插值方式的掃描被使用的比較少。</p><p>　　無缺口無貼片干擾的六邊環(huán)濾波器的仿真</p>&

67、lt;p>　　圖4.1無缺口無貼片干擾的六邊環(huán)濾波器模型</p><p>　　在HFSS中構(gòu)造好如圖4.1所示的六邊環(huán)濾波器后，必須設(shè)置相應(yīng)的邊界條件以及激勵等其他相關(guān)條件。其中，基板的材料為Al2O3，它的相對介電常數(shù)為9.8。對于該濾波器，可以選擇集總端口激勵，因為集總端口激勵可以在端口處直接計算S參數(shù)，在微帶結(jié)構(gòu)中常采用這種模式。邊界條件定義了微波問題的分界表面上場的特性，HFSS軟件中可以定義以下邊

68、界條件類型：理想導(dǎo)體邊界、理想導(dǎo)磁體邊界、阻抗邊界、輻射邊界、對稱邊界等等。在此次六邊環(huán)濾波器的設(shè)計中，選用的邊界條件是理想導(dǎo)體邊界，因為在該工程中，不考慮邊界的損耗。電場假設(shè)為垂直于這些表面，最終的場解必須滿足在理想導(dǎo)體邊界電場的切向分量為零，具體的設(shè)置過程如下所示：</p><p>　　第一步設(shè)置邊界條件：</p><p>　　在仿真模型中選中Trace模型，在HFSS>Boun

69、daries>Assign>Perfect E，此時跳出一個窗口，然后在菜單欄中點擊Edit>Select>Faces，設(shè)置為選擇表面。然后點擊By Name，選擇Substrate，選擇其下表面。根據(jù)需要我們需要設(shè)置三個邊界條件，使用剛才的方法，設(shè)置好Substrate后。選中Air，在菜單欄點擊HFSS>Boundaries>Assign>Radiation，在彈出的對話框中點擊OK結(jié)束。&

70、lt;/p><p>　　設(shè)置完成后，我們會在左邊的工程管理窗口內(nèi)看到所設(shè)置的參數(shù)。</p><p>　　第二步設(shè)置求解頻率：</p><p>　　在菜單欄中點擊HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup。將Solution Frequency設(shè)置為1GHz，Maximum Number設(shè)置為15。</p>&l

71、t;p><b>　　第三步設(shè)置掃頻：</b></p><p>　　1) 在菜單欄中點擊HFSS>Analysis Setup>Add Sweep</p><p>　　2) 選擇Setup1，點擊OK</p><p>　　3) 在掃頻設(shè)置窗口中進(jìn)行設(shè)置，掃頻類型設(shè)置為Fast，F(xiàn)requency Setup中的Type可以選擇為

72、LinearCount，初始頻率和結(jié)束頻率分別設(shè)置為1GHz和5Ghz，Count為501</p><p>　　經(jīng)過以上幾步的設(shè)置，就可以進(jìn)行模擬仿真了，首先點擊保存文件，然后點擊工具欄中的Validate，確保各項系數(shù)已經(jīng)設(shè)置完成，并且模型沒有錯誤，然后點擊Analysis All，經(jīng)過幾分鐘的仿真處理后，就可以得到所要的S參數(shù)曲線圖和其他有用信息了。</p><p><b>

73、　　第四步后處理操作：</b></p><p>　　1) 點擊菜單欄HFSS>Result>Create Model Solution Data Report</p><p>　　2) 接著選擇；Rectangle Plot</p><p>　　3) 在Trace窗口中進(jìn)行設(shè)置，選擇S(p1，p1)、S（p2，p1），單位選擇為dB，之后點擊

74、New Report后，就會產(chǎn)生所需的S參數(shù)曲線圖</p><p>　　圖 4.2 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　由圖4.2，我們可以發(fā)現(xiàn)，該濾波器有兩個傳輸零點，分別位于3.4GHz和4.52GHz處，該曲線從3.4GHz開始迅速上升，在4.4GHz處到達(dá)最高點，然后開始迅速下降，直到4.5GHz時，才逐漸變的平緩，它的中心頻率為4.35GHz，帶寬約為100MHz。從曲線的形狀來看

75、，我們可以判斷該濾波器是一個帶通濾波器。</p><p>　　缺口干擾對于濾波器性能的影響</p><p>　　在本章節(jié)中，一個帶有缺口干擾的六邊環(huán)濾波器被引入，希望通過干擾的引入能夠改善濾波器的性能。設(shè)計的六邊環(huán)濾波器尺寸大小沒有變化，只是在六邊環(huán)的一條邊的中間位置引入一個缺口干擾，下面分別討論缺口大小與位置對于濾波器性能的影響。</p><p>　　1) 缺口干

76、擾的大小對于濾波器性能的影響</p><p>　　首先引入一個長度為1mm，寬度為1mm的正方形缺口干擾，對該濾波器的性能進(jìn)行分析，仿真模型如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 缺口長寬都為1mm的六邊環(huán)濾波器</p><p>　　圖4.4 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　由以上的仿真結(jié)果圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引入一個長為1mm的

77、缺口干擾時，濾波器的濾波特性變的相當(dāng)差，可以說根本不滿足工作中所需的濾波器性能要求。于是，在下一個仿真設(shè)計中，增大了缺口干擾的尺寸，觀察缺口大小的改變會對濾波器性能造成何種影響。</p><p>　　在以下的六邊環(huán)濾波器中，引入的缺口是一個長度為2mm，寬度為1mm的長方形，仿真模型結(jié)構(gòu)如圖4.5所示：</p><p>　　圖4.5 缺口干擾長度為2mm時的六邊環(huán)模型</p>

78、<p>　　圖4.6 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　將上述兩張參數(shù)曲線圖作對比，我們發(fā)現(xiàn)，兩張圖中的S21傳輸曲線大致相同，其中S11為反射曲線，S21為傳輸曲線，S參數(shù)是描述網(wǎng)絡(luò)各端口的歸一化入射波和反射波之間關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。唯一的不同是，缺口較大的濾波器參數(shù)曲線相比于缺口較小的，傳輸零點整體從1.95GHz右移到了2.1GHz。</p><p>　　接著，改變?yōu)V波器缺

79、口干擾的寬度，使它變成長為1mm，寬為0.5mm的長方形，設(shè)計的仿真模型如圖4.7所示：</p><p>　　圖4.7 缺口大小為長1mm，寬0.5mm的六邊環(huán)濾波器</p><p>　　圖4.8 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　當(dāng)引入一個長為1mm，寬為0.5mm的長方形缺口干擾，并且該缺口干擾的位置位于一個六邊環(huán)臂的中間位置時，得出的仿真結(jié)果圖為圖4.8。該

80、傳輸曲線有兩個傳輸零點分別位于3.45GHz和4.5GHz處，中心頻率為4.4GHz，它的帶寬大約為0.1GHz，這是一個帶通濾波器。</p><p>　　由以上三個仿真結(jié)果圖，我們發(fā)現(xiàn)，在六邊環(huán)濾波器的一條臂上，如果引入的一個缺口干擾過大，會導(dǎo)致該濾波器的性能變差，只有引入的缺口較小時，濾波器才會顯示出較好的帶通作用。</p><p>　　2) 缺口干擾的位置對于濾波器性能的影響<

81、/p><p>　　在本小節(jié)中，不改變?nèi)笨诘拇笮。桓淖兯跒V波器中的位置，對幾種可能的情況畫出實驗仿真圖，并對結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p>　　圖4.9 缺口干擾位于另一個六邊環(huán)臂的仿真模型</p><p>　　圖4.10 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　分析它的S參數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)該濾波器在2.2GHz以下以及4GHz以上的那段頻率，能量較大

82、。在這頻率區(qū)間內(nèi)，能量較小，抑制了信號的傳輸，該濾波器顯示出帶阻濾波器的特性。其中，該濾波器的中心頻率為2.7GHz，帶寬大約為0.4GHz，也可以認(rèn)為當(dāng)該濾波器中通過一段信號時，頻率小于2.2GHz和大于4GHz的信號將完整的通過該濾波器，而頻率在這兩者之間的將被衰減，導(dǎo)致無法從輸出端輸出，這是一個典型的帶阻濾波器的傳輸特性。</p><p>　　改變該缺口的位置，將它從六邊環(huán)臂的中間位置左移0.5mm，得到的

83、仿真圖如下：</p><p>　　圖4.11 改變位置后的仿真模型</p><p>　　圖4.12 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　該傳輸曲線與圖4.10相比，相差不大，它們都具有帶通濾波器的特性，它的中心頻率位于2.7GHz處。由此，我們可以認(rèn)為，該濾波器結(jié)構(gòu)，在一條六邊環(huán)臂上改變?nèi)笨诟蓴_的位置，對于濾波器的性能影響不大。</p><p&g

84、t;　　將圖4.7作為參考模型，改變其中缺口干擾的位置，使其不在六邊環(huán)臂的中間，得到的仿真模型如圖4.13所示</p><p>　　圖4.13 另一種改變?nèi)笨谖恢玫牧叚h(huán)模型結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4.14 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　圖4.13和4.14為另一種改變的缺口位置的六邊環(huán)濾波器的模型結(jié)構(gòu)和S參數(shù)曲線，從仿真結(jié)果中，我們看到，該濾波器的兩個傳

85、輸零點分別位于3.34GHz和4.6GHz處，它的帶寬為0.3GHz，該曲線表明當(dāng)傳輸信號中頻率為3.8GHz和4.6之間的信號能夠完整的傳輸，而其他頻率信號通過該濾波器后會被衰減。</p><p>　　貼片干擾對于濾波器性能的影響</p><p>　　上一節(jié)主要仿真模擬了不同缺口大小與位置對于濾波器性能的影響，在這一節(jié)中，引入了另一種干擾的模式，即貼片干擾。同樣通過兩個方面來分析貼片干擾

86、對于濾波器性能的影響。</p><p>　　1) 貼片干擾的大小對于濾波器性能的影響</p><p>　　圖4.15 長度為1mm，寬度為0.5mm的貼片干擾</p><p>　　圖4.16 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　圖4.15展示了一種貼片長度為1mm，寬度為0.5mm的貼片干擾濾波器的模型結(jié)構(gòu)，圖4.16為該結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果圖。它

87、有兩個傳輸零點，分別位于3.43GHz和4.6GHz處，帶寬為0.25GHz，中心頻率為4.4GHz。結(jié)果顯示這種結(jié)構(gòu)的濾波器性能與圖4.13顯示的濾波器相差不大，兩者都是帶通濾波器。同時，我們發(fā)現(xiàn)，在六邊環(huán)的這個臂上，加入引入缺口干擾，則該濾波器顯示出帶阻特性，引入貼片干擾時，顯示出帶通特性。</p><p>　　圖4.17 增大貼片長度后的仿真模型</p><p>　　圖4.17顯示的

88、是增大貼片寬度后的仿真模型，圖中該貼片長度為2mm，寬度為0.5mm，經(jīng)過仿真分析后的S參數(shù)曲線如下圖4.18所示。</p><p>　　圖4.18 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　從該傳輸曲線，我們可以發(fā)現(xiàn)它的中心頻率在點4.4GHz處，帶寬長為0.2GHz，它有兩個傳輸零點，分別位于3.4GHz和4.15GHz處，將它與之前的傳輸曲線相比較，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)貼片干擾的長度變大時，傳輸曲

89、線發(fā)生部分的右移，使得中心頻率變大，但帶寬基本不變。</p><p>　　2) 貼片干擾的位置對于濾波器性能的影響</p><p>　　圖4.19 帶有貼片干擾的六邊環(huán)濾波</p><p>　　圖4.20 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　圖4.19顯示的是貼片干擾位于六邊環(huán)臂一邊時的仿真圖，S參數(shù)曲線圖表明，該濾波器的中心頻率位于4.35

90、GHz處，兩個傳輸零點分別為3.3GHz和4.56GHz，帶寬為0.28GHz，將它與貼片干擾位于中間位置的濾波器作比較，它的S參數(shù)曲線如圖4.21所示。兩者相比較后，發(fā)現(xiàn)兩個濾波器的傳輸曲線大致相同。</p><p>　　圖4.21 貼片干擾位于中心位置時的S參數(shù)曲線</p><p>　　4.5多個干擾對于濾波器性能的影響</p><p>　　在本節(jié)中，改變了缺

91、口干擾的數(shù)量，在一個六邊環(huán)臂上同時引入兩個缺口干擾，這兩個缺口關(guān)于y軸對稱，仿真模型圖如圖4.22所示：</p><p>　　圖4.22 有兩個缺口干擾的六邊環(huán)濾波器模型</p><p>　　在該濾波器中，兩個缺口都是長為1mm，寬為0.5mm的長方形，其他條件不變。通過使用仿真軟件進(jìn)行仿真，觀察實驗結(jié)果，分析引入兩個缺口干擾時，濾波器的傳輸特性，并將它與只有一個缺口干擾的六邊環(huán)濾波器作比

92、較。</p><p>　　圖4.23 S參數(shù)曲線圖</p><p>　　由仿真結(jié)果圖可知，該傳輸曲線的兩個傳輸零點分別位于3.4GHz和4.6GHz，這相比于只有一個缺口干擾的六邊環(huán)濾波器(圖4.24)的傳輸零點的位置稍大，它的帶寬大約為0.3GHz，也略大于只有一個缺口干擾的六邊環(huán)濾波器。它可以使信號頻率在3.8GHz和4.55GHz之間的信號完整通過濾波器，其余信號被衰減。該結(jié)構(gòu)濾波

93、器的通帶的寬度比單個缺口干擾的六邊環(huán)濾波器略大。</p><p>　　圖4.24 只有一個缺口干擾的六邊環(huán)濾波器S參數(shù)曲線</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在近幾年的研究過程中，濾波器的種類和性能都有了質(zhì)的飛躍。在各種濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域，人們越來越重視濾波器的微型化和高效化，這就要求我們應(yīng)該勇于實踐，不斷提出新型的

94、濾波器結(jié)構(gòu)，其中HFSS仿真軟件也給我們提供了一種快捷、有效、精確的仿真方法，其中穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，更有利于設(shè)計濾波器的實現(xiàn)。</p><p>　　本文由一個引入貼片干擾的六邊環(huán)濾波器展開，先仿真了一個簡單的六邊環(huán)濾波器，對其S參數(shù)曲線進(jìn)行分析，其中心頻率在4.3GHz處，帶寬大約為200MHz，頻率的衰減也較明顯。而后通過在一條六邊環(huán)臂中引入一個缺口干擾，分析它的性能指標(biāo)，通過不斷的變化缺口的寬度以

95、及缺口在六邊環(huán)臂上的位置，發(fā)現(xiàn)它的帶通能力變得沒有之前那么明顯，性能降低，這表明該類型結(jié)構(gòu)的濾波器并不適合被當(dāng)作帶通濾波器。最后，將缺口干擾放置在六邊環(huán)臂的另一個位置，我們發(fā)現(xiàn)得出的S參數(shù)曲線圖變成了一個良好的帶阻濾波器，它的中心頻率約為2.7GHz，帶寬為0.5GHz，唯一不足的是曲線并不是一個理想的帶阻性能的傳輸曲線，相信在以后的研究中，一定會找到一種最為高效的六邊環(huán)帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)。在文章的最后一部分，想象了一種引入兩個缺口干擾的

96、六邊環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)，對它的S參數(shù)圖進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)它的通帶寬度較大，意味著允許較寬頻率之間的信號通過，這表明，我們可以根據(jù)自己所需要獲得的頻率范圍來確定濾波器結(jié)構(gòu)，當(dāng)我們要得到較寬頻率的信號時，可以引入多個缺口干擾。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Rui-Jie Mao, Student Member, IEEE. and X

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