摘 要

在射频通信系统中，滤波器是无法取代的重要组成部分，它可以根据系统特定的需要，让有用频率的信号通过，而不需要的频率的信号隔离在外被滤除。而今人们常用的微带滤波器一般是平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器和交指型滤波器之所以选择发夹型滤波器是因为它具备结构排布紧凑，可调参数多且灵活多变的特点。根据系统要求，本文设计一个中心频率2.4GHz，带宽大于10%，带内衰减小于2dB，带外衰减小于-20dB的微带发夹型带通滤波器。先进设计系统ADS由美国安捷伦公司开发，通过该仿真软件对该滤波器进行了设计，对原理图和版图进行了仿真，最后设计出工作在2.4GHz带宽为100MHz，通带内驻波小于2，波纹小于2dB的带通发夹型滤波器。

关键词：发夹型滤波器；带通滤波器；波纹；宽带

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Abstract

In the RF communication system, the filter is one of the indispensable important component, and it can according to the system needs to deal with a specific frequency signal, filtering out other frequency interference signal, to appropriate separation of the useful signal, so filter performance in a communication system is particularly important. The microstrip filter has the advantages of small size, easy processing, integrated high performance characteristics of low cost, and now microstrip filters usually contains parallel coupled microstrip hairpin filter and interdigital filter etc. This paper designs a kind of hairpin filter, because of its compact structure, adjustable parameters and flexible design features. A kind of 5 order bandpass hairpin filter used to 2.4G is designed, by Agilent's professional microwave circuit simulation software ads. The schematic and layout simulation are simulated. At last, a bandpass hairpin filter is designed working in the 2.4 GHz band, whose VSWR less than 2, and less than 2dB.

KeyWords: hairpin filter；band pass filter；ripple；broadband

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题应用背景及意义 1

1.2 微波滤波器简介 1

1.2.1滤波器的分类 1

1.2.2 微带滤波器的分类及特点 3

第2章 微带传输线与微波网络理论 6

2.1传输线理论 6

2.2微带线的结构及传输模式 6

2.3耦合微带线的结构及传输模式 7

2.4传输线的基本特征参数 8

2.5微波网络理论 9

第3章 设计微波滤波器的方法 10

3.1 微波滤波器的原理 10

3.2滤波器的设计基础 10

3.2.1理想滤波器 10

3.2.2低通滤波器响应 10

3.2.3 低通滤波器设计原型 12

3.2.4滤波器的频率变换 14

3.3滤波器的实现 14

3.3.1 理查德变换 15

3.3.2 科洛达恒等关系 15

第4章 带通发夹滤波器设计与仿真 17

4.1滤波器设计的基本步骤 17

4.2 微波滤波器的基本技术指标 17

4.3 发夹型带通滤波器的设计 18

4.4 发夹型滤波器各参数初值的确定 20

4.5发夹型滤波器的设计主要步骤 21

4.6微带发夹滤波器的仿真 22

4.6.1设计软件介绍 22

4.6.2仿真 22

第5章 总结 28

参考文献 29

致谢 30

绪论

1.1 课题应用背景及意义

目前随着现代移动通信技术日新月异的发展，特别是现代通信、雷达、卫星通信等通信系统不断地发展，频率资源愈加紧促，现实生活对通信设备的要求日益增高，对元器件的性能指标要求愈来愈好，对元器件的结构尺寸要求不断变小，集成化小型化的趋势已经显而易见，在现代移动通信领域中，针对不同的工作，系统会有不同的要求，我们需要通过滤波器的作用来使系统所接收的信号达到要求。滤波器可以保留有用信号，抑制干扰信号，这使得它在现代通信系统中起着重大的作用，一个通信系统中滤波器性能的好坏直接影响着整个系统的效力^[1]。滤波器性能优良可以减少设备干扰，可以提高设备的抗干扰能力以及通信质量，此外滤波器性能优良还可以节约设备电源能量减少浪费，对于通信设备尤其是移动通信设备更为重要，好的滤波器可以在保证通信质量的前提下延长续航时间。现如今微波滤波器所发挥出的作用已经在各个通信领域中凸显出来，如何有效的提升滤波器的效能已引起微波设计师们的注意，因为传统方法设计出来的滤波器已逐渐跟不上集成化小型化的信息时代：滤波器内部用的元件尺寸较大且排布设计不是十分合理，因而滤波器的电路板所占面积较大，制作出来的滤波器性能也并不好。因此改进传统设计方法已迫在眉睫^[2]。

近些年来，在这方面研究的学者们取得较大的研究成果，他们研究出用微带线来制作微波滤波器。微带线的优点有很多例如：小型，质轻，频带宽，成本低廉以及便于加工集成制作。微带滤波器的电路图显得结构十分紧凑简洁，体积相对较小，因为它仅仅是用一些导体带级联而成。像GPS、移动蜂窝通信、电视等这样的现实生活中的微系统，通常要求其使用的通信设备能兼具价钱便宜、性能优越的特点。可是应用在这些特定频段的集成滤波器的发展往往却和我们所希望的滤波器的发展方向背道而驰，这就需要去深入探究在这些微波系统中损耗低、性能优良且兼具市场价格便宜的滤波器。在这方面的研究的市场前景不可估量，因此我们对具有小型化高性能的微带滤波器进行研究。

1.2 微波滤波器简介

1.2.1滤波器的分类

滤波器的种类随着技术的不断提升日益增多。按照通频带分类可以分为四种：低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器^[3]。滤波器有三个很重要的频带段：通频带、阻频带和过渡带。信号能全部通过滤波器或者经过后衰减很小的频带范围称作通频带。信号被滤波器完全阻隔或者经过后衰减严重的频带范围称作阻频带。其它部分的频带段我们称作过渡频带。

低通滤波器：低通滤波器的作用是滤去高频信号或让其以极大的衰减量通过，而低频信号可以以极小的衰减甚至无衰减通过。

图1.1 低通滤波器模型

高通滤波器：高通滤波器的作用是使高频信号以极小的衰减甚至无衰减通过，而低频信号以极大的衰减通过或者全部被滤除，因此又称低截止滤波器、低阻滤波器。

图1.2 高通滤波器模型

带通滤波器：带通滤波器的作用是让处在它规定的通频带内的频率信号能无衰减通过或者通过后衰减很小，而处在规定的通频带外的频率信号都将受到极大限制。它的通频带限制在一段频率之间，两边为阻带。

图1.3 带通滤波器模型