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微波技术与天线课程设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.44M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    微波元器件的设计
    （ 设计一、滤波器的设计）
    一、实验目的：
    二、实验原理：
    三、实验步骤：
    微波元器件的设计 （ 设计一、滤波器的设计） 一、 实验目的： １、 熟悉微波元器件。 ２、 学习及掌握滤波器的原理。 二、 实验原理： 滤波器是一种二端口网络。它具有选择频率的特性，即可以让某些频 率顺利通过，而对其它频率则加以阻拦，目前由于在雷达、微波、通 讯等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应提高； 所以需用大量的滤波器。再则，微波固体器件的应用对滤波器的发展 也有推动作用，像参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等 一类器件都是多频率工作的，都需用相应的滤波器。 滤波器是射频系统中应用最广泛的一类无源器件，滤波器有三种基本 响应：Butterworth 响应、Chebyshev 响应、Elliptic Function 响应。本 设计设计一个交叉耦合带通滤波器。设计目标如下： 中心频率：910MHz； 带宽： 40MHz； 带内反射：<20 dB； 带外抑制：在 842MHz 处>20dB； 采用三腔微带环形谐振器，其耦合矩阵为;
    M  0.30764   1.28205   0.43523  1.28205 0.43523 0.21309 1.28205  1.28205 0.30764      具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式 来实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可 以用相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合， 以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路图如图 1。 图 1、3 腔交叉耦合滤波器等效电路图
    2 软件分析与实验结果 下面将介绍一种基于交叉耦合与传输零点理论的耦合器。 本文给出一种新型耦合开环结构，如图 2 所示。图 3 所示为滤波器的结构，
    代表各环 之间的距离；图 4 为电场耦合单元；图 5 为磁场耦合单元；图 6 为交叉耦 合单元。 本文导出一组简便的的数学推导公式，将大大简化交叉耦合结构滤 波器的设计过程，得到各个环之间的间距，其中当 LR=－20 dB 时有 [14]：
    实际的设计过程中，设计参数 Q 值和耦合系数[6]分别为： 本文利用该新型结构设计了一个中心频率为 10.3 GHz、工作带宽 的窄带带通滤波器， 3% Lr = −20 dB 。由于微带线宽 0.2 mm，经过仿真调整后，谐振环的 边长为 2.2 mm。通过计算很容易得出Ωa=1.014 6 ，将 a Ω 入式(13) 和式(14)～式(17)，可以得出滤波器中各个耦合环间的耦合系数 M 矩 阵。 本 文 根 据 耦 合 系 数 和 环 间 距 的 关 系 ， 并 基 于 Rogers 公 司 的 Duriod5880 的基片(其中介电常数εr = 2.22，厚度 h= 0.254 mm)通过 电磁场模拟软件 CST 计算得到耦合系数与各个相邻环之间的物理尺 寸的关系曲线。如图 7～9 所示，本文分别给出了各种属性耦合系数 与环间距之间的对应关系。
    根据耦合矩阵和 M-d 曲线可以容易地得出各个耦合环之间的距离。 三、实验步骤： 1、建立新工程 为了方便建立模型，在 Tool>Options>HFSS Options 中讲 Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中，这样可以使得在复制模型的是，所设置的边界也一同 复制。 2、设置求解类型 将求解类型设置为激励求解类型： （1）在菜单栏中点击 HFSS>Solution Type。 （2）在弹出的 Solution Type 窗口中 （a）选择 Driven Modal。
    （b）点击 OK 按钮。 3. 设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。 （1）在菜单栏中点击 3D Modeler>Units。 （2）设置模型单位： （a）在设置单位窗口中选择：mm。 （b）点击ＯＫ按钮。 4、建立滤波器模型 （1）首先建立介质基片。在菜单栏点击 Draw>Box,这样可以在 3D 窗口中创 建长方体模型。输入长方体的起始坐标：X：-20，Y：-35，Z：0；按回车键结 束输入。输入长方体 X，Y，Z 三个方向的尺寸,即 dX：40，dY：70，dZ：-1.27； 按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将该名字修 改为 Substrate。点击 Material 对应的按钮，在弹出的材料设置窗口中点击 Add Material 按钮，添加介电常数为 10.8 的介质，将其命名为 sub。 （2）建立 Ring_1。 在菜单栏中点击 Draw>Rectangle，创建矩形模型。在坐标输入栏中输入起始 点的坐标：X：0，Y：0，Z:0 按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽：dX：10， dY：-25，dZ：0 按回车键。在特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将该 名字修改为 Ring_1。在菜单栏中点击 Draw>Rectangle,创建矩形模型。在坐标输 入栏中输入起始点的坐标：X：1.4，Y：-1.4，Z：0 按回车键。在坐标输入栏中 输入长、宽：dX：7.2，dY：-22.2，dZ：0 按回车键。在特性（Property）窗口中 选择 Attribute 标签，将该名字修改为 Inner。同样地，建立矩形 Cut_1，输入的 坐标为：X：4，Y：-25，Z：0；dX：2，dY：1.4，dZ：0.按回车键结束。用 Ring_1 将 Inner 和 Cut_1 减 去 ， 使 之 成 为 一 个 开 口 的 矩 形 环 。 在 菜 单 栏 中 点 击 Edit>Select>By Name,在弹出的窗口中利用 Ctrl 键选择 Ring_1、Inner 和 Cut_1。 在菜单栏中点击 3D Modeler>Boolean>Subtract,在 Subtract 窗口中作如下设置： Blank Parts :Ring_1, Tool Parts : Inner,Cut_1； Clone tool objects before subtract 复选框不选。点击 OK 结束设置。 （3）移动 Ring_1。 将 Ring_1 沿 Y 轴作微小的移动。在菜单栏中点击 Eidt>Secect>By Name,在 弹出的窗口中选择 Ring_1。在菜单栏中点击 Eidt>Arrange>Move,在坐标输入栏中 输入移动的向量，即 X：0，Y：0，Z：0；dX：0，dY：-0.9，dZ：0 按回车键 结束输入。 （4）创建 Ring_2。 Ring_2 与 Ring_1 沿 X 轴对称，因此可以用对称复制操作创建 Ring_2。在菜
    单栏中点击 Eidt>Select>By Name，在弹出的窗口中选择 Ring_1。在菜单栏中点 击 Eidt>Duplicate>Mirror，输入向量，即 X：0，Y：0，Z：0；dX：0，dY：1， dZ：0；按回车键结束。在操作历史树中双击新建的矩形，在特性窗口中重新将 其命名为 Ring_2。 （5）创建 Ring_3 在菜单栏中点击 Draw>Rectangle。在右下角的坐标输入起始点坐标，即 X： 0，Y：-12.5，Z：0 按回车键结束输入。输入矩形边长，即 dX：-10，dY：25， dZ：0 按回车键结束输入。在特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将该 矩形的名字修改为 Ring_3。在菜单栏中点击 Draw>Rectangle。在右下角的坐标 输入栏中输入起始点位置坐标，即 X：-1.4，Y：-11.1，Z：0 按回车键结束输入。 输入矩形边长 dX：-7.2，dY：22.2，Z：0 按回车键结束输入。在特性（Property） 窗口中选择 Attribute 标签，将该矩形的名字修改为 Inner_2。同样的，建立矩形 Cut_2,输入的坐标分别为 X：-1.4，Y：-0.7，Z：0；dX：1.4，dY：1.4，dZ：0 按回车键结束输入。在菜单键栏中点击 Eidt>SeLect>By Name,在弹出的窗口中利 用 Ctrl 键选择 Ring_3、Inner_2 和 Cut_2。用 Ring_3 将 Inner_2 和 Cut_2 减去， 使之成为一个开口的矩形环。在菜单栏中点击 3D Modeler>Boolean>Subtract,在 Subtract 窗口中做以下设置：Blank Parts：Ring_3;Tool Parts：Inner_2,Cut_2;Clone tool objects before subtract 复选框不选；点击 OK 按钮。 （6）移动 Ring_3。 移动 Ring_3，使之与 Ring_1 和 Ring_2 有 0.5mm 的缝隙。在菜单栏中点击 Eidt>Secect>By Name ， 在 弹 出 的 窗 口 中 选 择 Ring_3 。 在 菜 单 栏 中 点 击 Eidt>Arrange>Move，在坐标输入栏中输入移动的向量，即 X：0，Y：0， Z：0； dX：-0.5， dY：0，dZ：0 按回车键结束输入。 （7）创建 Feedline_1。创建滤波器的馈线结构，该馈线由特性阻抗不同的两 段微带传输线组成。在菜单栏中点击 Draw>Rectangle。在右下角的坐标输入栏中 输入 X：10.4，Y：-25.9，Z：0；dX：0.4，dY：25，dZ：0 按回车键结束。创 建矩形后，在弹出的特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将名字修改为 F_1。 在菜单栏中点击 Draw>Rectangle。在右下角的坐标输入栏中输入 X：10.4， Y：-25.9，Z：0；dX：1，dY：-9.1，dZ：0 按回车键结束。创建矩形后，在弹 出的特性（Property）窗口中选择 Attribute 标签，将名字修改为 F_2。在菜单键 栏中点击 Eidt>SeLect>By Name,在弹出的窗口中利用 Ctrl 键选择 F_1 和 F_2。在 菜单栏中点击 3D Modeler>Booleaan>Unit,在历史操作树中，双击新组合的模型 F_1，在特性窗口中将其命名为 Feedline_1。 （8）创建 Feedline_2
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