濾波器是微波、射頻和通信系統(tǒng)中最常用的器件之一,其功能是在系統(tǒng)中把有用的頻率信號(hào)分離出來,而把無用的頻率信號(hào)給濾除掉。按濾波器的幅頻響應(yīng)或衰減特性,微波濾波器可以分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器四種類型;按濾波器的結(jié)構(gòu),常用的微波濾波器可以分為集總LC濾波器、傳輸線結(jié)構(gòu)濾波器、腔體濾波器、波導(dǎo)濾波器、交叉耦合濾波器等多種類型。在現(xiàn)代微波濾波器設(shè)計(jì)方法中,無論上述何種類型的微波濾波器,都可以由低通原型濾波器設(shè)計(jì)變換而來。
那么,該門課程就來向大家全面、系統(tǒng)地介紹現(xiàn)代微波濾波器設(shè)計(jì)所涉及到的基本的理論知識(shí)、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程,包括:濾波器的技術(shù)參數(shù),低通原型濾波器的分析設(shè)計(jì),把低通、高通、帶通、帶阻濾波器映射到低通原型濾波器的頻率變換,把集總LC元件濾波器變換成分布式參數(shù)元件(微帶傳輸線、微波腔體、波導(dǎo)、同軸線)結(jié)構(gòu)微波濾波器的變化方法(如K,J變換器、Rachards變換和Kuroda規(guī)則)。通過課程的學(xué)習(xí),為大家設(shè)計(jì)實(shí)際的微帶傳輸線結(jié)構(gòu)、腔體結(jié)構(gòu)和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的微波濾波器打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
高低阻抗線微帶濾波器(又名階梯阻抗或階躍阻抗濾波器,英文名為Stepped Impedence Filter),是一種常用的低通微波濾波器,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于加工,應(yīng)用廣泛。
該部分就是專門來講解高低阻抗線微帶濾波器的設(shè)計(jì),以及如何使用CST軟件來仿真分析高低阻抗線微帶濾波器的性能。課程從以微波濾波器綜合設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的原型電路設(shè)計(jì)法出發(fā),全面透徹地講解了高低阻抗線微波濾波器的工作原理和設(shè)計(jì)計(jì)算;并通過具體的設(shè)計(jì)實(shí)例,詳細(xì)介紹了高低阻抗線微帶濾波器的實(shí)際設(shè)計(jì)步驟,同時(shí)演示和講解了使用CST微波工作室仿真分析高低阻抗線微帶濾波器的全過程。
通過課程的學(xué)習(xí),可以幫助學(xué)員快速、全面、透徹地理解高低阻抗線微帶濾波器的設(shè)計(jì)原理,學(xué)會(huì)并掌握高低阻抗線微帶濾波器的設(shè)計(jì)流程和CST仿真分析操作。
1. 課程內(nèi)容介紹
2. 微波濾波器的主要技術(shù)參數(shù)
詳細(xì)介紹表征微波濾波器性能的主要技術(shù)參數(shù),及其具體定義
3. 低通原型濾波器
集總元件低通原型濾波器是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計(jì)微波濾波器的基礎(chǔ),各種類型和各種結(jié)構(gòu)的微波濾波器都是根據(jù)低通原型濾波器變換而來。本講就來詳細(xì)講解什么是低通原型濾波器以及如何得到低通原型濾波器,內(nèi)容包括低通原型濾波器的定義、結(jié)構(gòu)和綜合設(shè)計(jì)方法,以及三種常用的類型低通濾波器——巴特沃斯、切比雪夫和橢圓函數(shù)低通原型濾波器的分析設(shè)計(jì)。
4. 頻率變換
低通、高通、帶通和帶阻濾波器在設(shè)計(jì)時(shí),第一步是要找到滿足其設(shè)計(jì)指標(biāo)的低通原型濾波器。這一講主要講解低通、高通、帶通、帶阻濾波器與低通原型濾波器在頻率域的映射關(guān)系,即頻率變換;通過頻率變換可以設(shè)計(jì)出與低通、高通、帶通或帶阻濾波器相對(duì)應(yīng)的低通原型濾波器。得到了滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的低通原型濾波器后,還需要對(duì)低通原型濾波器電路元件進(jìn)行反歸一化處理,以得到實(shí)際的集總L、C濾波器電路;這一講也詳細(xì)講解了從低通原型濾波器變換到實(shí)際L、C濾波器的反歸一化過程。
5. 倒置變換器(K, J變換器)和耦合系數(shù)
在微波頻段,濾波器實(shí)際上多是使用像傳輸線、腔體和波導(dǎo)等結(jié)構(gòu)的分布式參數(shù)元件來實(shí)現(xiàn),而很少使用集總LC元件電路。設(shè)計(jì)中有多種方法可以實(shí)現(xiàn)用分布式參數(shù)元件結(jié)構(gòu)來替換集總LC濾波器電路;其中倒置變換器(即K、J變化器)就是實(shí)現(xiàn)分布式參數(shù)元件結(jié)構(gòu)微波濾波器的一種常用的設(shè)計(jì)方法,外部Q和耦合系數(shù)則是諧振結(jié)構(gòu)帶通濾波器的常用設(shè)計(jì)方法。這一講重點(diǎn)講解這兩種方法的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)公式,并通過一個(gè)微帶線結(jié)構(gòu)微波濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例,實(shí)際講解了倒置變換器的具體設(shè)計(jì)應(yīng)用。
6. Richards變換和Kuroda規(guī)則
Richards變換和Kuroda規(guī)則是實(shí)現(xiàn)傳輸線結(jié)構(gòu)微波濾波器的一種常用的設(shè)計(jì)方法,這一講主要講解Richards變換和Kuroda規(guī)則這一設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)應(yīng)用,并通過一個(gè)微帶線結(jié)構(gòu)微波濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例,實(shí)際講解了這一設(shè)計(jì)方法的具體過程。
7. 微波濾波器的設(shè)計(jì)流程和仿真工具
這一講主要介紹微波濾波器設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)流程和微波濾波器設(shè)計(jì)時(shí)常用的仿真分析工具。
8 高低阻抗線微帶濾波器的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)步驟
詳細(xì)、透徹地介紹高低阻抗線微帶濾波器的工作原理,從以低通原型濾波器為基礎(chǔ)的綜合設(shè)計(jì)法出發(fā),推導(dǎo)給出高低阻抗線微帶濾波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和低通原型濾波器電路元件值之間的等效關(guān)系,從而給出由低通原型濾波器來設(shè)計(jì)高低阻抗線微帶濾波器設(shè)計(jì)步驟和計(jì)算公式,包括高、低阻抗線特征阻抗的選取以及高、低阻抗線長(zhǎng)度的計(jì)算。
9. 高低阻抗線微帶濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例
通過一個(gè)高低阻抗線微帶低通濾波器的實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)例,并結(jié)合CST軟件中的微帶線計(jì)算工具,來講解高低阻抗線微帶濾波器具體的設(shè)計(jì)步驟以及高低阻抗微帶線結(jié)構(gòu)尺寸實(shí)際計(jì)算。
10. 高低阻抗線微帶濾波器的CST仿真分析實(shí)作
實(shí)例演示和講解使用CST仿真分析高低阻抗線微帶濾波器的完整過程,包括設(shè)計(jì)建模、求解器選擇、激勵(lì)端口設(shè)置、邊界條件設(shè)計(jì),直至最終給出分析結(jié)果。另外,根據(jù)前面介紹的設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)出的高低阻抗線微帶低通濾波器通常會(huì)存在通帶截止頻率偏低的問題。在這部分內(nèi)容的最后,還會(huì)講解如何根據(jù)分析結(jié)果來調(diào)整高低阻抗線濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸,以解決通帶截止頻率偏低的問題,從而達(dá)到實(shí)際的設(shè)計(jì)要求。
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