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1、陕西理工獴院Shaanxi Llniverftity of Technology毕业论文（设计）题 目 微波滤波器的设计与仿真学生姓名 薛新月 学号 1113024098所在学院物理与电信工程学院专业班级通信工程专业 1103班指导教师薛转花完成地点物理与电信工程学院实验室2015年6月5日陕酒理工摩选毕业设计任务书院（系） 物理与电信工程学院 专业班级通信1103学生姓名薛新月一、毕业设计题目微波滤波器的设计与仿真二、毕业设计工作自2015 年 1 月 10 日 起至 2015 年 6 月 20 日止三、毕业设计进行地点：物理与电信工程学院通信工程系实验室四、毕业设计内容要求：设计目的与意义
2、：微波电路在现代通信中的应用越来越广泛，微波滤波器作为重要的微波器件得到 越来越广泛的发展，对微波滤波器的研究非常有必要。本次设计要求学生根据所学知识完成微波滤 波器的设计与仿真，能够加强学生综合应用能力培养，提高学生分析问题，解决问题的能力。其具体要求如下:1 .要求熟练应用一种电磁仿真软件，如ADS软件或HFSS软件;2 .要求北斗二号和全球定位系统（GPS）的工作频率完成相应的带通、带阻微波器设计参数要求根据实际应用诜用:3 .比较了几种不同设计方法的优劣.确定微带滤波器小型化的研究方向.完成相应设计及仿真。毕业论文要求:1.论文撰写要求格式规范，设计思路清晰，条理清楚;2. 夕卜文翻译
3、要求翻译语句?甬顺流，畅.用词，恰当; 3.论文内容准确无误.用 A4纸张打印。讲程安排如下:2015年1月10日-3月15日： 杳资料，调研，确定方案,并按时在系统中提交开题报告。2015年3月16日-4月25日：熟悉ADS软件，并熟练应用，完成微带滤波器的设计。在系统中提 交外文翻译；完成中期检查报告。2015年4月26日5月20日：讲行系统用路的建槿、参数设置和优化：完成毕业设计验收。2015年5月21日-5月31日：完成毕业设计任务：并在系统中提交最终论文。2015年6月1日-6月15日： 毕业设计答辩。指 导教师 系（教研室）通信工程系系（教研室）主任签名 批准日期接受设计任务开始执
4、行日期 学生签名微波滤波器的设计与仿真薛新月（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业 2011级3班，陕西 汉中723001）指导教师：薛转花摘要微波滤波器是一类无耗的二端口网络，广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量中。在通信系 统中，微波滤波器用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器，而阻断无用信号频 率分量的传输1。本设计根据 GPS定位系统、北斗二号卫星的工作频率和设计指标要求，进行理论计算，确定滤波 器的结构尺寸，分别设计平行耦合微带线带通滤波器和宽带带阻滤波器。利用电磁仿真软件ADS完成滤波器原理图设计和仿真，生成版图进行仿真优化，使设计指标符合
5、要求。根据设计的微带带通和带阻滤波器版图的传输曲线S21及反射曲线S11的符合设计指标要求，完成本次设计任务。关键词微波带通滤波器；微波带阻滤波器；ADS仿真软件Design and simulation of microwave filterXue Xinyue(Grade 2011,Class3,Major of Communication Engineering ,Institute of Physics and TelecommunicationEngineering ,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723001,Shanxi)Tu
6、tor:Xue ZhuanhuaAbstract Microwave filter is a kind of lossless two-port network which is widely used in microwave communication, radar, electronic countermeasures and microwave measurement. In the system, it is used to control the signal frequency response and make the useful signal frequency compo
7、nent through the filter almost without attenuation, and blocking the useless signal frequency component.This design according to the GPS positioning system, the Beidou-2 satellite working frequency and the design requirements, theoretical calculation, determine the structure size of the filter, resp
8、ectively, and the design of parallel coupled microstrip band-pass filter and wide band-stop filter.When the design and simulation of the filter schematic diagram finished by the electromagnetic simulation software ADS, layout of the simulation what is optimized, so the design indexes conform to the
9、requirements.According to the design of the microstrip band-pass and the band-stop filter, the transmission curve S11 and the reflection curve S21 meet the design target, and accomplish the design task.Key words Microwave band-pass filter,microwave band-stop filter,ADS simulation software1 .绪论11.1 微
10、波滤波器发展及研究意义11.2 GPS 简介21.3 北斗二号卫星系统 22 .ADS仿真软件32.1 ADS仿真软件简介32.2 ADS软件的应用33 .微波滤波器的设计原理 133.1 微带线原理简介 133.2 微波带通滤波器的设计原理133.2.1 设计流程133.2.2 设计理论143.3 微波带阻滤波器的设计原理 163.3.1 窄带设计理论 163.3.2 宽带设计原理 184 .微波滤波器的设计及仿真 224.1 GPS带通滤波器 224.1.1 设计过程224.1.2 电路设计仿真 234.2 GPS带阻滤波器 244.2.1 设计过程 244.2.2 电路仿真优化 254.
11、3 北斗二号带通滤波器 264.3.1 上行频率带通滤波器264.3.2 电路仿真优化 274.3.3 下行频率带通滤波器284.3.4 电路优化仿真294.4 北斗二号宽带带阻滤波器 314.4.1 设计过程314.4.2 电路优化仿真325 .总结与展望345.1 总结345.2 展望34致谢35参考文献36附录A英文文献原文37附录B英文文献译文44附录C 0.2分贝切比雪夫低通滤波器参数 49附录D 0.1分贝切比雪夫低通滤波器参数 501.绪论1.1微波滤波器发展及研究意义微波滤波器在通信系统中的作用是控制信号的频率响应，有效分离有用和无用信号，是有用信 号无损耗传输，阻止无用信号的
12、传输。微波滤波器主要有低通、高通、带通和带阻四种类型，因工 作频率、频带宽度、功率容量等的不同导致滤波器的参数、结构、设计方法存在差异。在微波电路 系统中，滤波器的性能决定系统传输质量的好坏，因此设计出一个高性能的微带滤波器，对设计微 波电路系统具有很重要的意义 2。微带电路的优点：体积小、重量轻、频带宽等，近年来广泛应用二I于微波电路系统。1915年，德国科学家 K.W.Wagn-er开创了一种以瓦格纳滤波器”闻名于世的滤波器设计方法， 与此同时，在美国，G.A.Canbell则发明了另一种以图像参数法而闻名的设计方法3。1917年，两国的科学家分别发明了 LC滤波器，第二年美国第一个多路复
13、用系统诞生，许多科研人员开始积极 地对采用集总元件电感和电容的滤波器设计理论的进行深入研究。随着对滤波器设计理论的深入研 究，材料方面的不断更新以及工作频率的持续升高，滤波器设计由之前的集总参数元件滤波器逐步 发展到分布参数元件滤波器。1939年，P.D.Rich-temeyer报道了介电滤波器，由于当时材料的温度稳定性不高，使该种滤波器不能被实际应用4。20世纪70年代以来，随着陶瓷材料的发展，介电滤波器的应用得到了迅速发展。近年来，小型化的趋势促进了各种类型微带滤波器的快速发展。20世纪80年代，出现了高临界温度超导材料，被认为极有可能用于设计出极低损耗和极小尺寸的新型微波滤波器5。在射频
14、和微波电路中最常用的就是微带线滤波器。由于微带线滤波器具有小尺寸，用光刻技术 易于加工，易与其他有源电路元件(如MMIC)集成在一起；另外能通过采用不同的衬底材料在很大的 频率范围内(从几百MHz到几十MHz)应用。下面对射频与微波段常用的微带滤波器进行简单介绍。(1)平行耦合微带线滤波器半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。其结构紧凑、寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。其缺点为插损较大，同时，谐振器在一个方向依次摆开，造成滤波器在一个方向上 战胜了较大空间。在此基础上，又引伸和发展了多种变形
15、结构，比如平行耦合线分裂环滤波器、应 用阶跃阻抗谐振器的平行耦合微带线滤波器等。(2)发夹型滤波器，发夹型滤波器是由发夹型谐振器并排排列耦合而成的。和平行耦合带通滤波器相比，它的结构 更为紧凑，在电路尺寸较严格的场合，发夹型滤波器有较为广泛的应用，其信号输入输出方式可采 用抽头式和平行耦合式方式。(3)交指型滤波器交指型滤波器是由2个平行耦合线谐振器相互交叉组成的结构，具有良好的带通滤波器特性。(4)微带类椭圆函数滤波器在超导状态，由导体薄膜的无载Q值很高，该种滤波器将在具有较高选择性的同时又具有较低的插损。微波滤波器的分类方法很多，依据通频带的不同，微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通 滤波器；按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型；按照工作频带的宽窄可分为 窄带和宽带滤波器；按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导 滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等6。1.2 GPS简介全球定位系统（英语：Global Positioning System ,通常简称 GPS）,又称全球卫星定位系统，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表
