工程实践报告。
项目名称： 微波腔体滤波器的设计
项目编号a8
指导教师。专业。
年级2011级。
团队成员。二〇一四年六月。
工程实践报告。
一、项目研究。
1、滤波器定义。
滤波器是具有一定传输选择特性的、对信号进行加工处理的装置。它允许输入信号中的一些成分通过抑制或衰减另一些成分。
2、现状分析。
微波无源器件所构成的微波电路系统具有结构简单、节省能耗、低噪声、安。
装方便、易于维护等特点，在微波器件和微波电路中占有很大的份额。微波器件。
的发展趋势为高度集成化、小型化、轻量化、高可靠性，因此，对微波无源器件。
设计技术的研究，使其满足小型化、集成化技术的要求，是抢占微波领域技术市。
场的重要途径和手段。
在微波滤波器理论的研究和发展过程中，许多专家和学者做出了大量的贡献。随着通信频率的升高，微波滤波器的应用与研究逐渐兴起。早期耦合谐振器滤波器主要针对同步调谐的级联谐振器滤波器设计，七十年代初期，我国的老一代微波专家林为干、甘本祓、吴万春等，在前人研究的基础上，对微波滤波器的设计理论和方法进行了补充和完善。
90年代有见零星报道。进入2023年后，吴须大研究员对同轴腔滤波器与微放电和腔体滤波器与低气压放电等问题进行了细致分析。西安电子科技大学和电子科技大学在滤波器的研制上做出了一些探索并取得了一系列的成果。
3、应用领域。
其在雷达、微波通信、移动通信、射频滤波器中均有应用。而无线通讯业务的在低于1ghz的频率范围内，体波、声表面波滤波器最为常见。其体积小、通带插损低，且具有优异的温度特性，适合窄带应用。
从射频至微波频段范围内，波导、微带、介质及同轴腔体滤波器均适用。
二、设计内容
1、设计主题。
四阶siw（基片集成波导）滤波器设计。
指标要求如下：带宽 33.8-35.5 ghz
中心频率34.65 ghz
带宽1.7 ghz
相对带宽 1.7/34.65<31 ghz和》42 ghz 时，带外抑制》50 db
2、设计思路。
本次滤波器设计是通过耦合矩阵法来实现的；设计中使用 roger 5880介质，厚度为0.254 mm；整个介质基片的尺寸为6.4*16.
86 mm。siw，金属化通孔直径为0.3 mm；用户指标要求：
带宽指标33.8-35.5 ghz，中心频率：
34.65 ghz，带宽为1.7 ghz，相对带宽1.
7/34.65<31 ghz和》42 ghz时带外抑制》50 db；在微波滤波器设计中，带宽一般指3 db带宽，即通带衰减达到3 db时对应的上下截止频率和之间的宽度，相对带宽定义为绝对带宽与中心频率之间的比值；在电路中由于插入滤波器所导致的信号的损耗，用来定量描述，以为量度单位，通带插损一般不超过3；回波损耗由来定量描述，同样以db为量度单位，定义为反射功率与入射功率的比值再取对数，回波损耗表征了驻波特性与外部电路的匹配状况。
在用耦合矩阵设计滤波器时，步骤如下分三步：
第一步先由给定指标要求，求出合适的滤波器阶数n；对于带通滤波器模型，由滤波器性能的技术指标得到带内衰减、带外衰减 、 滤波器阶数的初值 ,零点个数 ,初始化零点求解范围 , 由下式求解滤波器零点并进行判断。
式（1）中：
若带外最小衰减不满足指标要求，则增加滤波器的传输零点，或者增加滤波器的阶数( )并求解滤波器的零点；若所求解的零点不满足要求，则修正，使传输零点向通带移动，再进行判断求解；直到满足技术指标要求 ；
第二步求解所设滤波器的各个参数，通过步骤一中所得的传输零点数、传输零点值、回波损耗、滤波器阶数可以求得实际频域中的s参数曲线，以及根据滤波器阶数输入初始化的矩阵，选择合适的矩阵，直到、满足要求。其次，对此时所得到进行正交变换。
第三步就根据以上两个步骤所求得的滤波器的各个参数，然后通过hfss软件进行微波**优化。最后由hfss优化后即可用auto cad 导入版图。
三、本工程实践项目各阶段的任务
1、一、二阶段。
1）传输线理论的学习。
2）微波谐振器的学习。
2、三、四阶段。
1）学习有关微波网络的知识并理解s参数的含义。
2）学习微波滤波器的种类以及每一种滤波器的用途，特点。例如，低通滤器，带通滤器等，切比雪夫响应的，广义切比雪夫响应的滤波器。
3）滤波器（重点是带通滤波器）指标参数的含义。
4）学习带通滤波器的设计方法并掌握基于耦合矩阵的滤波器设计方法。
5）利用hfss建立一个50欧姆或75欧姆的微带线。
3、五、六阶段。
1）掌握利用耦合矩阵的方法设计滤波器。
2）学习文献“(mtt09 陈小平)substrate int...satellite ground 理解什么是集片集成波导（siw）。
3）在hfss中建立“(mtt09 陈小平)substrate int...satellite ground 该文献中 fig.2(b)对应的滤波器模型，并给出**结果。
4、七、八阶段。
1）利用hfss软件，设计一个siw滤波器，并给出**的与曲线。
2）学会使用autocad画已设计的siw滤波器的加工图。
3）学会使用autocad软件。
四、应完成的工作情况。
1、设计。1）确定基片集成波导（siw）谐振腔数目。
首先根据已给的滤波器指标：通带频宽（或中心频率、相对带宽）、带内反射系数、带外抑制；然后由matlab编写的程序计算出满足滤波器指标的耦合矩阵m，通过耦合矩阵可以得出初始s曲线，通过曲线可以计算出所设计的滤波器的回波损耗，通过曲线可以计算出中心频率及相对带宽，由此可以设计出满足基片集成波导（siw）的阶数n，即可求出谐振腔的数目。
2）计算及基片集成波导（siw）的模型尺寸。
根据中心频率、谐振频率可以计算出基片集成波导（siw）的等效尺寸。腔体等效长度，等效宽度，金属化通孔间距，金属化通孔半径；根据ｍ矩阵中的值可以计算出腔体间的耦合宽度，根据值可以计算出腔体间的耦合宽度，以此类推可以求出相邻腔体间的耦合宽度。
3）谐振腔的其他参数设置。
由于siw是由上下两层金属、是由两排金属通孔与及中间填充介质构成的波导。通过经济效益选择好金属化通孔、底层基片等的材质。根据谐振腔的输入、输出结构的传输线种类、阻抗、相对介电常数、介质损耗角正切等各种参数可以算出传输线的尺寸。
2、**。根据基片集成波导的尺寸，自行在草稿纸上建立三维坐标系，根据各种几何关系算出每个相应的坐标。然后再利用hfss**软件根据各个坐标**出满足要求的滤波器模型。
3、优化。通过**出来的模型、**曲线（s曲线）对滤波器的相关尺寸参数进行优化，得出满足滤波器指标的最佳尺寸，然后再重新设置滤波器的相关参数，从而达到优化的目的，使设计的滤波器更好的满足指标。
4、cad导入。
最后将经过优化的滤波器模型导入autocad软件，导出cad平面加工图。
5、成品制作。
成品制作时，只需注明基片集成波导的材质，金属化通孔的高度，另外将平面cad图交给厂商，经由制作厂商天的制作，满足厂家所要求的指标的滤波器就设计完成了。
五、实施完成情况。
1、第。一、二阶段。
完成了《微波技术与天线》中关于传输线理论的学习以及微波谐振腔的基础性知识。
2、第。三、四阶段。
学会了如何使微波元件等效为网络、微波滤波器。
掌握了带通滤波器的设计方法，并利用hfss建立一个50欧姆或75欧姆的微带线。熟悉了hfss的基本使用。
3、第。五、六阶段。
掌握了利用耦合矩阵如何设计滤波器；
完成了文献中关于集片集成波导（siw）的理解与设计。
4、第。七、八阶段。
利用hfss软件，设计完成了siw微波滤波器，并给出**的s21与s11曲线；
使用autocad画设计的siw滤波器的加工图。
综上所述，基于hfss的使用，我们小组可以完成给予一定参数的简单腔体滤波器的设计，其中包含对模型的**，对结果的优化，以及最后的cad导入图。
六、设计阶段性成果。
1、三、四阶段设计成果。
50欧姆微带线的设计。
图（一）微带线模型。
2、五、六阶段设计成果。
四阶基片集成波导滤波器的设计。
图（二）四阶siw设计模型。
3、七、八阶段设计成果。
siw的优化、**及其cad版图。
图（三）四阶siw设计模型。
图（四）不考虑损耗的**结果。
图（五）考虑损耗的**结果。
图（六）四阶siw滤波器的cad版图。
七、 存在的问题。
1、设计过程中存在的问题。
1）传输零点的位置以及耦合矩阵的实现，通过老师所给资料和小组调研，可以计算出相应的传输零点和耦合矩阵。
2）在用户给定设计参数后，如何快速准确的得到相应的其他参数。
2、**过程中存在的问题。
1）如何合理的选择参数。
2）优化的问题：如何让所得的滤波器阶数和零点又能满足技术指标的值，同时滤波器的阶数最少，节约加工成本。
3）如何选择合适的t矩阵。
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