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设计应用

中国眼镜科技杂志,2008,3.[3]薛媛媛.USB应用技术开发大全[M].北京:人民邮电出版社,2007.[4]J.Bhasker.A Verilog HDL Primer,Third Edition[M].Star Galaxy Publishing,2005.[5]郑彧,陈鸿,裴焕斗.基于SPMC75F2413A单片机的步进

电机控制方法[J].航空科学技术,2007,5:44-46.[6]华清远见嵌入式培训中心.FPGA应用开发入门与典型实例[M].北京:人民邮电出版社,2008.

作者简介：

闫蕴霞（1989—），女，河南开封人，中北大学在读

硕士研究生，主要研究方向：测量仪器设计。陈鸿（1963—），男，中北大学教授，硕士生导师，主要研究方向：自动化测量与控制技术、电子测量技术与仪器、光电检测技术、光电测试与计量技术、电气工程及其自动化。

基于HFSS与ADS结合的微波滤波器设计　　　苏州建设交通高等职业技术学校　陶世怀

【摘要】基于HFSS与ADS结合的微波滤波器设计方法是利用HFSS进行滤波器建模，并结合ADS进行曲线仿真，本文给出了具体的设计实例，并给出部分器件的仿真结果、实物和测试结果。所设计的滤波器具有：结构紧凑、性能优良以及研制周期短等优点，并已经投入实际的工程应用。【关键词】HFSS；ADS；微波；滤波器

抽头式交指线微波滤波器具有较多优良特

性：结构紧凑、结实，可靠性好；谐振器间的

间隔较大，对加工精度要求不高；一般在没有

电容加载情况下，谐振杆的长度近似为λ0/4，

第二通带的中心在3ω0上，也有较好的阻带特

性；另外，在ω=0和ω=ω0的偶数倍上，具有

高次衰减极点，因而阻带衰减和截止率都比较

大；既可以作为印刷电路形式，又可以用较粗

的杆作成自行支撑，而不用介质。基于上述，

交指型滤波器的谐振器既可用矩形杆，也可用

圆杆实现。下面给出利用矩形杆的微波滤波器

的设计实例。

经过多位高工的研讨，本微波实训平台设

计的滤波器主要是针对前级的天线而来的，即

要实现最后的级联。所以有必要阐述下前级的

天线的具体规格：

设计的天线是在2.36GHz附近工作，而我

在这里设计的滤波器目的是针对移动通信设

计，所要求带宽较窄，令带宽在50MHz左右，

符合天线能提供的范围。滤波器使用的基板参

数还是εγ=9.6，H=1.27mm，此时基板上传输

线的阻抗50W。

根据实训教学的需要及制作成本等因素，

确定如下参数：

中心频率f0=2.36GHz；

带宽为Δf=50MHz～70MHz（计算按

50MHz）；

带内插损Lp≤3dB；带内驻波ρ≤2；

带外抑制在f0±0.05GHz处Ls≥20dB；

体积要求V≤20×30×100（mm3）输入输

出方式SMB。

参考上述的指标，采用交指线滤波器设

计。滤波器设计过程中，首先利用等效电路

法给出滤波器抽头单元和内部结构的初值，

利用HFSS仿真软件对抽头单元进行精确分析，

并进行滤波器结构性的建模，然后结合ADS，

利用Passive circuit DG-filters模型中的

interdigita进行曲线仿真。

滤波器的阶数取为n=7，带内取0.01dB切

比雪夫等波纹设计，谐振杆的长度取为λ0/4略

短些，设计中，采用了矩形杆结构，下面将矩

形杆结构的最终参数值列十表5-4中，并给出

了矩形杆仿真结果。

则低通原型元件值查表（见表1）

可得g0=g8=1；g1=g7=0.7969；g 2=g6=

1.3924；g3=g5=1.7481；g4=1.6331； 1'1 =ω 。

利用等效电路分析方法可以给出抽头线

的设计初值，但是只能给出抽头线距离谐振器

接地端的长度，即ι=3.3mm，抽头结构滤波器

的设计中抽头线高度和抽头线到第一谐振器的

长度S01对整体性能影响都比较大，利用有载品

质因数的参数提取方法所得到的结果会更准确

些。

表1 切比雪夫低通滤波器的元件数值表

图1 抽头式矩形杆交指滤波器仿真结构图

图2 抽头式矩形杆交指滤波器仿真响应曲

根据交指型滤波器的公式和滤波器带宽

FBW的要求，计算相关参数：

有载品质因数的理论计算值：代入参数值

可以求得Ωe为18.8。

经过计算，矩形杆结构尺寸如表2所示：表2 矩形杆结构尺寸参数（单位：mm）

i 1和7 2和6 3和5 4Wi 3.46 3.58 3.67 3.64

Si,j+1 11.98 11.28 12.54 12.70Pi 30 29.4 29.4 29.4

l=4.4 S01=3.1t=4 h=12

其中，W为矩形杆的宽度，Si,j+1为杆间的

边缘距离，Pi为谐振杆的高度(略小λ/4，l为

抽头线距短路端的长，S01为第一谐振杆距边缘

的长度，t和h分别是谐振杆和腔体的厚度，而

且腔体总高为35mm。

根据以上参数利用HFSS进行结构性仿真，

仿真结构图如图1所示，结合ADS进行曲线仿

真，仿真响应曲线图如图2所示。

图3和图4分别给出矩形杆结构的滤波器的

实物照片和测试结果

图3 矩形杆结构滤波器的实物

图4 矩形杆结构滤波器测试曲线图

在调试中也采用了螺钉调整频率和带宽。

从测试结果可以看出，通带性能较好，插损小

于3.0dB，驻波系数在20dB左右，都满足了滤

波器的设计要求。

参考文献

[1]李国治,吴国安,等.抽头式梳状线带通滤波器设计[J].华中科技大学学报,2003,8(31):8.[2]苏永川,何子述,等.L波段发夹线型微带滤波器的设计[J].电子科技大学学报,2004,2(33)1期.[3]徐鸿飞,朱成钰等.同轴腔带通滤波器的一种设计方法[J].微波学报,2004,6(20)2.[4]甘本祓,吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].科学出版社,1973.[5]李嗣范.微波元件原理与设计[M].北京:人民邮电出版社,1982.

作者简介：陶世怀（1973—），男，湖北孝感人，电子通信专业硕士，讲师，苏州建设交通高等职业技术学校商贸管理系主任，主要从事物流信息研究。

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