基于HFSS的微带低通滤波器设计(2)
4.1 基于巴特沃兹低通滤波器的设计原理用ADS仿真的集总参数原型 18
4.2 基于集总参数原型用HFSS仿真的吹冰阶巴特沃兹低通滤波器 19
4.2.1 基于HFSS仿真的吹冰阶切比雪夫与吹冰阶巴特沃兹低通滤波器的比较 25
4.2.2 基于HFSS仿真的十阶巴特沃兹与吹冰阶巴特沃兹低通滤波器的比较 26
4.3 本章小结 27
致 谢 29
参考文献30
1 引言
在这个无线通信技术飞速发展的时代，对现代通信的发展的需求越来越大，与此同时，对微波器件的要求也从广度和深度上有了很大的提高。其中，从20世纪被提出以来，滤波器就得到了广泛的应用，它从原先的集总LC谐振器扩展到微波中的分布参数滤波器[1]。
1.1 滤波器简介
目前，因为信号在频率范围内的应用越来越广泛，无线通信系统的频段也变得越来越拥挤。这就需要运用滤波器来合理有效地进行对频率的选择进而实现各个频段间的互不干扰。微波电路和低频电路的特性在高频条件下不同，比如微波电路会有电磁辐射效应、集肤效应等，这些都要基于微波理论去实现对微波电路的分析、理解和设计。在频率高的时候应选择元件值小的电感和电容，但是因为受寄生参数的影响，小的电感和电容不能再使用集总参数元器件。并且由于滤波器元件的物理尺寸和工作波长比较相近，我们不能忽视滤波器元器件间的距离，需要在滤波器设计过程中把分布参数效应考虑其中。因此微波滤波器在实现高频段无用频率成分的抑制以及有用频率信息通过系统的允许方面起到了至关重要的作用。
1.2 微波滤波器的进展
微波滤波器伴随着现代通信系统的发展有着巨大的进步，微波滤波器的设计方法也越来越简便。我们可以方便地利用现代网络综合的理论成果，借助计算机进行仿真。多样化和标准化的两大特点使得微波滤波器至今为止一直是炙手可热的研究领域。另外，微波材料的进步以及微波滤波器和其他有源或者无源滤波元器件的巧妙结合让微波滤波器的发展有了很大的提高。另外，现在微波滤波器调谐的高速和自动化也有了很大的进展，新波段的滤波器也正在研制当中。
1.3 微带滤波器的进展
微波滤波器分为微带滤波器、带状线滤波器、腔体滤波器以及同轴线滤波器。其中，微带滤波器以其结构简单、设计方便等优点有着较为广泛的应用范围。
在微带滤波器的材料问题方面：美国Rogers公司所生产的罗杰斯高频板虽然价格相比其他一些材料昂贵，但是它优异的机械性能使之成为现代高频电路设计中使用较广泛的板材之一。在微带滤波器优化结构方面:由于微带线与生俱来的性质问题，在微波波段如果采用集总参数设计的电感以及电容非常容易产生寄生效应，极有可能损耗并恶化电路性能。此外，在滤波电路中，通过将终端短路的传输线串联可实现串联电感，可是在微带线电路上不易实现串联传输线结构，而可以通过将微带传输线终端开路来实现并联电容。因此，在设计分布参数滤波器电路时，需要把原始电路转换为便于实现的电路形式。基于Richards变换与Kuroda规则设计微带低通滤波器[2,3,4]和基于阶跃阻抗设计微带低通滤波器[5]是通常情况下使用的两种微带低通滤波器的设计方法。
1.4 ADS和HFSS软件简介
随着射频微波电路设计的需求越来越高，对于能够满足现代高速发展的电子类产品的设计的需求也日益增长。现代射频与微波电路的设计软件的发展趋势是能快速并且准确地帮助设计师完成设计的EDA[6](电子设计自动化)软件工具。其中，具有代表性的是由美国安捷伦(Agilent)公司开发的设计系统ADS (Advanced Design System)和由美国Ansoft公司开发的HFSS （High Frequency Structure Simulator)。