HFSS仿真工程實例-(微波器件)課件.ppt

《HFSS仿真工程實例-(微波器件)課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第5章工程實例5.1微波無源元件5.2微波天線設(shè)計5.3信號完整性設(shè)計5.4電磁兼容問題研究5.1微波無源元件5.1.1濾波器的基本響應(yīng)濾波器響應(yīng)的一般形式可以寫為（5-1-1）其中，ε為波紋常數(shù)，F(xiàn)n為一個濾波器網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)函數(shù)，ω為歸一化頻率。由上式可知，濾波器網(wǎng)絡(luò)的插入損耗可寫為（5-1-2）對于一個無源、無耗的二端口網(wǎng)絡(luò)，有

2、S11

3、2+

4、S21

5、2=1，則濾波器網(wǎng)絡(luò)的回波損耗為（5-1-3）濾波器的相位響應(yīng)為（5-1-4）由此可得該網(wǎng)絡(luò)的群延時響應(yīng)為（5-1-5）1.Butterworth響應(yīng)193

6、0年，Butterworth提出了一類響應(yīng)函數(shù)：（5-1-6）將該式代入(5-1-2)式，可得Butterworth函數(shù)的響應(yīng)曲線如圖5-1-1所示。由于在ω=0處的函數(shù)值、一階導數(shù)、二階導數(shù)直至2n-1階導數(shù)均為零，因此Butterworth響應(yīng)也稱為最平坦響應(yīng)。該響應(yīng)在復平面上的復極點為（5-1-7）圖5-1-1Butterworth響應(yīng)曲線圖5-1-2Butterworth響應(yīng)的極點分布Butterworth響應(yīng)中參數(shù)n的選擇非常重要。n表示所要綜合的集總元件的數(shù)目，可以由帶外最小衰減LAs(ω=ωs)決

7、定:（5-1-8）其中，INT［］表示取［］內(nèi)的整數(shù)部分。2.Chebyshev響應(yīng)Chebyshev逼近函數(shù)是微波工程中最常用的一類函數(shù)。其響應(yīng)函數(shù)為（5-1-9）其中，Tn(ω)是n階第一類Chebyshev多項式：（5-1-10）Chebyshev響應(yīng)曲線如圖5-1-3所示。可以證明，Chebyshev多項式具有最優(yōu)特性，即對任何n階多項式，Chebyshev多項式的斜率最陡。其物理意義是：Chebyshev增益函數(shù)帶外下降最快。元件的最大數(shù)目n為（5-1-11）其中，ε=10LAr/10-1表示帶

8、內(nèi)波紋系數(shù)。該響應(yīng)在復平面上的復極點為（5-1-12）（5-1-13）圖5-1-3Chebyshev響應(yīng)曲線極點在復平面內(nèi)的分布如圖5-1-4所示。圖5-1-4Chebyshev響應(yīng)的極點分布3.EllipticFunction響應(yīng)EllipticFunction(橢圓函數(shù))響應(yīng)在通帶和阻帶都具有等波紋特性，其響應(yīng)函數(shù)為（5-1-14）其中，n為奇數(shù)時，（5-1-15）n為偶數(shù)時，（5-1-16）圖5-1-5橢圓函數(shù)響應(yīng)曲線橢圓函數(shù)濾波器的設(shè)計步驟如下：(1)由給定的帶內(nèi)損耗波紋指標給出波紋系數(shù)ε：（5-

9、1-17）(2)由通帶帶寬給出模數(shù)k的值：（5-1-18）(3)由k的余模數(shù)k1的值修正帶外衰減LAs的值（一般要比原來給出的高），由帶外衰減給出模式k1的值：（5-1-19）其中，LAs是阻帶的衰減要求。(4)計算濾波器的節(jié)數(shù)n：（5-1-20）其中，K是以k為模數(shù)的第一類完全橢圓積分;K′是以k的余模數(shù)　　　　　為模數(shù)的第一類完全橢圓積分;K1是以k1為模數(shù)的第一類完全橢圓積分;K1′是以k1的余模數(shù)　　　　為模數(shù)的第一類完全橢圓積分。濾波器的節(jié)數(shù)選用大于n的整數(shù)，為n+1。(5)低通原型中歸一化頻率

10、零點的值：n為奇數(shù)（5-1-21）對應(yīng)極點的值為（5-1-22）偶數(shù)階橢圓函數(shù)由于其自身的特點，無法接對稱負載，因此在接對稱負載時，一般都把濾波器階數(shù)加上1而變成奇數(shù)階。n為偶數(shù)階的Jacobi橢圓函數(shù)的應(yīng)用不是很普遍。5.1.2交叉耦合濾波器設(shè)計具有帶外有限傳輸零點的濾波器，常常采用諧振腔多耦合的形式實現(xiàn)。這種形式的特點是在諧振腔級聯(lián)的基礎(chǔ)上，非相鄰腔之間可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源與負載也向多腔耦合，以及源與負載之間的耦合。交叉耦合帶通濾波器的等效電路如圖5-1-6所示。在等效電路模型中，e

11、1表示激勵電壓源，R1、R2分別為電源內(nèi)阻和負載電阻，ik（k=1,2,3,…,N）表示各諧振腔的回路電流，Mij表示第i個諧振腔與第k個諧振腔之間的互耦合系數(shù)(i,j=1,2,…,N，且i≠j)。在這里取ω0=1，即各諧振回路的電感L和電容C均取單位值。Mkk（k=1,2,3,…,N）表示各諧振腔的自耦合系數(shù)。圖5-1-6N腔交叉耦合濾波器等效電路圖這個電路的回路方程可以寫為或者寫成矩陣方程的形式：（5-1-24）其中，（5-1-25）一般來講，頻率都歸一成1，即ω≈ω0=1,則（5-1-26）在式（5-

12、1-24）中，E為電壓矩陣，I為電流矩陣，Z為阻抗矩陣，（5-1-27）U0是N×N階單位矩陣。M是耦合矩陣，它是一個N×N階方陣，形式如下：（5-1-28）其中對角線上的元素代表每一個諧振腔回路的自耦合，表示每一個諧振腔的諧振頻率fi與中心頻率f0之間的偏差。（在同步調(diào)諧濾波器中，認為它們的值都取零）。R矩陣是N×N階方陣，除R(1,1)=R1，R(N,N)=R2為非零量以外，其它元