太原理工大学毕业设计（论文）摘 要在信息技术飞速发展的今天，微波通信频率资源变得日益紧张，对微波滤波器的指标要求也越来越高。尤其是在接收机前端，带通滤波器性能的优劣直接影响到整个接收机性能的好坏。微带滤波器的不同类型和不同的性能，是对于滤波器的选择与运用的重要依据。因此，将微带线的性能作为重要的理论基础，本文将运用到软件Feko对发夹型微带带通滤波器进行仿真研究。本文首先介绍了微波滤波器的发展历史、在微波通信中作用、当前的研究情况以及微波仿真软件Feko。然后分析了微带滤波器的二端口网络理论以及微带线的传输特性。再对构成滤波器的基本原理以及低通到带通的转换、构成滤波器的传输线结构等方面的内容进行了简单介绍。接着论文对仿真软件Feko做了较全面的介绍，包括功能，特点，以及主界面等。在推导公式的基础上，介绍了微带线滤波器的设计方法，并相应设计了发夹型微带滤波器，同时在Feko软件上进行了仿真，对仿真过程做了详细介绍。最后，对软件Feko的仿真结果做了简单评述。关键词：Feko；微带线；发夹型微带滤波器ABSTRACTNowadays,as the information techniques developing rapidly,the microwave co-mmunication frequency resource are becoming more and more preciou-s and crowded.It has made a more rigorous technical requirement in the microwave filters design.Espe-cially,the microwave BPF directly influences the performances of the receivers.Micro strip BPF,with various types and different performances,is one of the filt-ers which are studied in microwave communication.So,as the important of mic-ro strip BPF,based on the theory,This paper will usethe softwareFekoofhairpinm-icrostripb-andpassfiltersimulation. At first,this paper introduces the development history of microwave filters,the fu-nction in the microwave communication,the current state of studying the filters and the advanced microwave circuit simulation software Feko.Thenanalyzed the twoport network of filters and the characteristic of the micro strip,then introduction briefly to the basic principle of filters,the transition of LPto BP,and the transmission line struct-ure of filters.Then the thesisof thesimulation softwareFekodoa more comprehensive presentation,includingfunction,features,andthe maininterface.Based onthederivedformul-a,introducedthe design method ofmicrostripline filter,and the corresponding designof thehair modelmicrostrip filter,whilesoftware Fekosimulated,the simulationprocessde-scribedin detail.Finally,the resultsofthe simulationsoftwareFekodo a simplereview.Key words: Feko;microstripline;hairpinmicrostripfilter目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论- 1 -1.1 概述- 1 -1.2 通信领域滤波器的发展历史- 1 -1.3 微波滤波器在微波通信的作用- 2 -1.4 Feko软件的概述与应用- 3 -1.4.1 Feko的总体概述- 3 -1.4.2 Feko的典型应用领域- 4 -1.5 本论文研究的内容- 5 -第二章 微带耦合滤波器- 7 -2.1 微带线及其相关计算公式- 7 -2.1.1 微带线- 7 -2.1.2 相关计算公式- 7 -2.2 耦合微带线及其相关计算- 10 -2.2.1耦合微带线- 10 -2.2.2 耦合谐振器的一般概念- 10 -2.2.3 耦合谐振器的品质因数- 12 -2.3滤波器原理- 13 -2.4归一化与频率变换- 15 -2.4.1归一化原理- 15 -2.4.2频率变换- 16 -第三章 Feko软件的介绍- 19 -3.1 Feko软件特点、功能及解决问题的方法- 19 -3.1.1 Feko的特点- 19 -3.1.2 Feko的功能- 20 -3.1.3 Feko处理问题的方法- 20 -3.2 Feko的视图简介- 22 -3.3 Feko软件自带滤波器仿真实例- 25 -第四章 发夹型微带滤波器- 27 -4.1滤波器的设计要求- 27 -4.2 基于Feko软件的滤波器仿真- 30 -第五章 总结与展望- 40 -5.1 总结- 40 -5.2 展望- 40 -参考文献- 42 -致 谢- 43 -附 录- 44 -III第一章 绪论1.1 概述当前，随着无线通信技术的高速发展，业务范围的不断扩大，人们对无线产品的需求迅速增长，滤波器在这些产品电路中扮演着越来越重要的角色，并且跟随着通信技术的持续发展而取得不断的创新性进展。新的通信系统要求发展一种能在特定的频带内提取和检测出信号的新技术，而这种新技术的发展进一步的加速了滤波器技术的研究和发展。由于在通讯，雷达，微波等各部门中，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应地日渐提高，所以需要用到大量的滤波器，以及与滤波器相关联的理论性新技术的创新与发展。同时，微波固体器件的应用对滤波器的发展也有很大的推动作用。像参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等类型的器件都是多频率工作的，都需要用相应的滤波器进行协助使用。近几年随着商用无线通信的迅猛发展，射频微波电路越来越得到重视和开拓性的创新。而微波带通滤波器作为微波器件的一种，在性能、种类、使用上也得到了大力的提升，尤其是在接收机前端，带通滤波器性能的优劣直接影响到整个接收机性能的好坏。因此，发展高性能，研究小型化的微波滤波器是当前非常受关注的课题，也是近期在这一领域人们发展与研究的主体方向。现在射频微波电路的高度集成，尤其是单片微波集成芯片(MMIC)的发展，使得用微带线来实现高频信号在电路板上传输成为普遍现象。从而具有分布参数的微带线电路在射频微波领域中也得到了广泛的应用。利用微带线来实现功率耦合分配器、分频器、混频器、滤波器以及微带天线等的技术越来越得到发展和成熟。在此次的论文中我也是以这一基本思想为主线，在现有的基础上进行了进一步的研究与尝试，力求得出严谨与满意的成果。1.2 通信领域滤波器的发展历史1915年，德国科学家K wWagner开创了一种现已闻名于世的瓦格纳滤波器的设计方法。与此同时，在美国GACanbell发明了另一种影像参数的设计方法。随着这些技术的突破，许多科技人员开始积极地和系统地对采用集总元件电感和电容的滤波器设计理论进行研究。随后，1940年出现了包括两个特定设计步骤的精确的滤波器设计方法第一步是确定符合特性要求的传递函数，第二步是由先前的传递函数所估计的频率响应来综合电路。现在所采用的很多滤波器设计技术就是基于这一早期的设计方法。不久随着通信频带的加宽，进入到微波领域，滤波器设计从而由原先的集总元件LC谐振器扩展到一个新的领域，即分布元件同轴谐振器和波导谐振器。同时，滤波器材料领域也取得了很大的发展，极大地推动了滤波器的发展。1939年，PDRichtmeyer报道了介质谐振器。他利用了介质块的电磁谐振，有小尺寸和高Q值两个显著的特点，然而由于当时的材料温度稳定性不高使该种滤波器不能在实际中得到广泛的应用。70年代，各种具有优异的温度稳定性和高Q值的陶瓷材料的发展增加了介质滤波器的实际应用的可行性。随着陶瓷材料的发展，该滤波器的应用得到了迅速的发展。在现有的射频和微波通信器材中介质滤波器己成为最重要、最常见的元件之一。此外，80年代出现的高温超导材料，被认为很有可能被用于设计极低损耗和极小尺寸的新颖微波滤波器，许多研发人员己致力于它们的研究和实际应用。我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。滤波器是无线电技术中许多设计问题的中心，可利用它们来分开或组合不同的频率，如在变频器、倍频器以及多路通信中。电磁波频谱是有限的，且须按照应用加以分配；而滤波器既可用来限定大功率发射机在规定频带内辐射，反过来又可用来防止接收机受到工作频带以外的干扰。在阻抗匹配中也有类似滤波器的网络，如在两个不同特性阻抗的传输线之间，或在有内阻的发生器与电抗负载(如参量放大器中的二极管)之间。有时需要得到一定的相位(或时延)特性，如脉冲压缩或展宽，或补偿其他滤波器或色散结构(如一段波导)所产生的相位失真等，也需要滤波器。总之，从超长波经微波到光波以上的所有电磁波段，都需要滤波器。滤波器是一个二端口网络，在设计射频系统时通常会加入滤波器，滤波器可以非常精确地实现预定的频率特性。当频率不高时，滤波器可以由集总元件的电感和电容构成，但当频率达到或接近某一具体数值时，电路寄生参数的影响不可忽略，滤波器通常由分布参数元件构成。1.3 微波滤波器在微波通信的作用微波滤波器作为滤波器的一种，在移动通信中有着广泛的应用。在射频端有源电路中输入输出各级之间普遍存在，各滤波器都有不同的功能和特性要求。所示，为典型的发射机接受机原理框图模型，滤波器在该系统中各位置起着举足轻重的作用。接受端带通滤波器的必要功能是避免由于发射端输出信号泄漏而使接收器前端饱和；除去如镜频一类的干扰信号；减少来自天线端的本机振荡器的功率泄漏。所以接收端带通滤波器的最佳性能包括衰减以除去干扰，同时减少将直接影响接收端灵敏度的通带插损。发射端带通滤波器的基本功能是从发射端减少杂散辐射功率以避免对其他无线通信系统的干扰，这些无用的信号的主要成分是发射信号频率的二、三次谐波和本地振荡。另一个重要的功能是