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1、本科毕业论文( 2016 届 ) 题 目： 基于HFSS的KU波段微带发夹线滤波器的设计 学 院： 信息工程学院 专 业： 电子信息工程专业 学生姓名： 年东亚 学号： 21206022033 指导教师： 何宁业 职称（学位）： 助教 合作导师： 孙剑 职称（学位）： 讲师 完成时间： 2016年 5月 15日 成 绩： 黄山学院教务处制学位论文原创性声明兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。声明人（签名）：年 月 日目 录摘要1英文摘要21 引言31.1
2、 研究背景和意义31.2 国内外研究现状31.3 本文内容和结构安排42 微带发夹线滤波器设计及原理42.1 微带滤波器简介42.2 重要参数42.2.1 耦合系数矩阵（内部耦合）42.2.2 外部品质因数（外部耦合）52.2.3 S参数62.3 微带发夹线滤波器设计方案62.3.1 设计目标62.3.2 设计原理63 软件仿真83.1 设计步骤83.2 结果及分析84 总结与展望104.1 总结104.2 展望10参考文献10致谢11基于HFSS的Ku波段微带发夹线滤波器的设计信息工程学院 电子信息工程 年东亚（21206022033）指导教师：何宁业（助教） 合作导师：孙剑（讲师） 摘要：
3、随着通信技术发展的日益成熟，滤波器在通信技术中成为了不可缺少的器件，特别是微带滤波器在各电路网络中得到了广泛地应用。本设计以各谐振器间的耦合关系为基础，通过HFSS软件仿真实现一款Ku波段微带发夹线滤波器。 关键词：耦合；Ku波段；发夹线The Design of Ku Band Microstrip Hairpin Line Filter Base on The HFSS Nian Dong-ya Director:He Ning-ye Co-Advisor:Sun Jian（School of Information Engineering，Huangshan University，Hua
4、ngshan，China，245041） Abstract：With the development of communication technology matures, filter has become an indispensable device in communication technology, especially the microstrip filter has been widely used in the circuit network. This design is based on the coupling relationship between the r
5、esonator and by HFSS software simulation to achieve a Ku band microstrip hairpin filter.Key Words：The Coupling Coefficient；Ku Band；Hairpin Line1 引言1.1 研究背景和意义随着时代的前进和科技的进步，大千世界万物都在时时刻刻的变化着进步着，时代的前进和科技的进步都与通信息息相关。早在远古时期通信主要是依靠简单的语言、肢体动作和符号等方式来进行信息之间的交流。19世纪，电报、电话的发明让人与人之间通信距离拉近。到了20世纪，计算机的问世，将人们带入了互联
6、网时代1，从此科技成为了全球发展的核心力量。任何技术的发展都需要及时的信息交流和反馈，所以通信技术在科技发展领域中占了不可忽视的地位。微波通信技术由于其高效率、远距离传输、频带宽、信息传输量大等优点2，在通信领域得到了大力的推崇，得到了空前的发展，并逐渐成通信领域的核心，同时对社会发展产生了深刻的影响。微带滤波器作为微波通信中不可缺少的核心器件，也得到了快速地发展，并受到全社会的青睐，应用范围十分广泛，例如航天科技、卫星通信、移动通信、互联网通信等各个领域。 1.2 国内外研究现状19世纪初，滤波器这一名词开始出现在了通信领域中。由国外学者W. P. Mason3发表的文章中进行微带滤波器研究
7、。无源滤波器20世纪起从问世到发展成熟，60年代随着计算机产业的快速发展，G. L. Matthaei4在其专著中对微波滤波器的经典设计方法作出了较全面、系统的介绍，滤波器的发展被提到了一个新台阶，到70年代后期，拥有单片集成技术的滤波器已被研制出来并得到应用。80年代，开始了对各类新型滤波器的研究，学者们努力开发出高性能新型滤波器，并使其得到广泛的应用5。从90年代至今，根据各类产品而开发研制的不同类型的滤波器不断的出现在各个领域，直至今日对滤波器的研究一直在不断的进行中。 在50年代后期，滤波器的成熟技术在我国也得到了广泛的应用。话路滤波器和报路滤波器6是当时最主要使用的滤波器。我国对滤波
8、器的研究、生产和自身的应用等方面经过了半个多世纪的发展逐渐的跟上了国际发展的步伐，近年来我国在对于滤波器的微带领域的相关研究也取得了不错的进展，现有滤波器的种类和所覆盖的频率已基本上满足现有各种电信设备，微波技术研究所的高峻和唐晋生7两位专家以微波段滤波器为主要研究对象，重点的介绍了微带滤波器的物理性能及未来应用前景。这也就意味着作为微波通信的核心，微带滤波器需要加快其发展速度以更好地适应社会需求8。经过了快一个世纪的极速发展，国内外对滤波器的研究达到了一个鼎盛的状态，在大多数微波电路中，最常见的就是微带滤波器了，微带滤波器因为其具有易于加工、体积小及成本低等特点，并且在与有源电路元件集成是契
9、合程度非常高，此外由于微带滤波器自身的属性9，现各国科学家通过改变不同的衬底材料从而实现微带滤波器可以在很大的频率范围内（从几百MHz到几十GHz）得到不同的应用，其中最为特殊的就是发夹型滤波器10。本文所研究的微带发夹线滤波器是通过改良半波长耦合微带线滤波器得到的一种高性能滤波器，具有结构紧凑、易于集成、较强的电性能等特点11。正因它有这些特点，才使得其在高密度高精度小尺寸的电路场合中得到了较为广泛的应用。1.3 本文内容和结构安排本文主要是通过HFSS软件仿真设计了一款Ku波段微带发夹线滤波器，其通带谐振频率在15.816.2GHz之间，并且保持带外抑制，通过仿真得到微带线耦合矩阵及其他滤
10、波器的基本参数12。第一章引言主要叙述了微带发夹线滤波器在通信领域中的研究背景及其意义，并且主要重点叙述了国内外滤波器的发展现状。第二章原理主要是介绍微带滤波器。简介微带发夹线滤波器设计要求及原理，并且对微带滤波器的几个重要参数进行重点说明解释。在解释过程中引用了部分理论公式和原理曲线图加以说明。第三章仿真通过HFSS的仿真来得到设计目标Ku波段微带发夹线滤波器，分析滤波器中各参数的相互影响，并对仿真结果进行分析和解释说明。第四章总结与展望总结本课题从始到终所有的工作，对未来滤波器的研究方向的展望2 微带发夹线滤波器设计及原理2.1 微带滤波器简介微带滤波器的主要作用是在信息传输过程中来抑制不
11、需要的信号，把它截止在滤波器外使其不能通过滤波器，使得需要传输的信号通过并完成信息传输和交流13。滤波器性能在微波电路中对电路性能指标影响很大，因此设计出一个具有高性能的微带滤波器，对设计微波电路系统来说具有重要的意义。微带滤波器的性能与其自身参数的配置有着密切的关系。例如品质因数Q、绝对衰减、带宽、中心频率、相移、反射损耗等14。其中品质因数Q及带宽和中心频率是控制着滤波器性能的主要参数。一般来说研究一个微带滤波器的性能参数，必须要把其品质因数和耦合系数分析研究透彻，因为外部耦合与内部耦合共同决定了滤波器的组成结构及其性能。2.2 重要参数2.2.1 耦合系数矩阵（内部耦合）根据耦合谐振电路
12、理论设计的滤波器在谐振器的选择上具有相当高的灵活性。只要知道了滤波器的耦合系数矩阵（内部耦合）和外部品质因数（外部耦合）就可以设计出所需要的滤波器，并且能在构成这样的滤波器的形式上形成多样性，而且能使设计出的滤波器的性能上保持一致。所以从耦合系数这个重要的参数出发研究和设计滤波器是最有效最快捷的办法。对于发夹线滤波器的设计来说也是这样，微带发夹线滤波器的阻抗矩阵主要由耦合系数、外部品质因数及频率变换式p三个部分成，即阻抗矩阵可分解为： 其中U为单位矩阵：q也是矩阵；m为滤波器的耦合系数矩阵。在同步调谐的滤波器中，耦合系数表示为： 其中,i=1,1,代表的是谐振器间有耦合时的谐振频率。各个谐振器
13、单元的相对位置不同，得到的谐振单元之间的耦合系数则不同。2.2.2 外部品质因数（外部耦合）影响谐振单元位置的因数主要是两终端的外部品质因数值（、）和谐振器之间的耦合系数，外部品质因数和耦合系数的关系可表示为： 其中、分别表示滤波器外部品质因数，FBW表示滤波器的相对带宽，n表示滤波器的阶数，表示低通原型的元件值，i表示正整数，且。在预想的条件下若谐振器的损耗很小，则反射系数S(1,1)的幅度近似为1，但是反射系列的曲线相位会随着频率的变化而改变，图2-1示出了S(1,1)的相位随频率变化的曲线。 外部品质因素的表达式为： 通过以上理论可以看出，在进行滤波器设计的时候只确定好耦合系数矩阵和外部品质因数，才能通过调整输入和输出的馈线位置来得到设计要求所需要的外部品质因数值。通过调整谐振器单元相对位置，控制各个单元之间的耦合系数，来得到需要的耦合量的大小。18013590450
