HFSS仿真工程實(shí)例-(微波器件)課件.ppt

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1、第5章工程實(shí)例5.1微波無源元件5.2微波天線設(shè)計(jì)5.3信號完整性設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(shí)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(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)直至2n-1階導(dǎo)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(fù)平面上的復(fù)極點(diǎn)為（5-1-7）圖5-1-1Butterworth響應(yīng)曲線圖5-1-2Butterworth響應(yīng)的極點(diǎn)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?。郏輧?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(xiàng)式：（5-1-10）Chebyshev響應(yīng)曲線如圖5-1-3所示?？梢宰C明，Chebyshev多項(xiàng)式具有最優(yōu)特性，即對任何n階多項(xiàng)式，Chebyshev多項(xiàng)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(fù)平面上的復(fù)極點(diǎn)為（5-1-12）（5-1-13）圖5-1-3Chebyshev響應(yīng)曲線極點(diǎn)在復(fù)平面內(nèi)的分布如圖5-1-4所示。圖5-1-4Chebyshev響應(yīng)的極點(diǎn)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(shí)，（5-1-15）n為偶數(shù)時(shí)，（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(jì)步驟如下：(1)由給定的帶內(nèi)損耗波紋指標(biāo)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(jì)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(diǎn)的值：n為奇數(shù)（5-1-21）對應(yīng)極點(diǎn)的值為（5-1-22）偶數(shù)階橢圓函數(shù)由于其自身的特點(diǎn)，無法接對稱負(fù)載，因此在接對稱負(fù)載時(shí)，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(jì)具有帶外有限傳輸零點(diǎn)的濾波器，常常采用諧振腔多耦合的形式實(shí)現(xiàn)。這種形式的特點(diǎn)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(fù)載也向多腔耦合，以及源與負(fù)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(lì)電壓源，R1、R2分別為電源內(nèi)阻和負(fù)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(gè)諧振腔與第k個(gè)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(gè)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?xì)w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(gè)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(gè)諧振腔回路的自耦合，表示每一個(gè)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(rèn)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