滤波器/谐振腔

首页射频工程师培训 HFSS培训 ADS培训 CST培训天线设计培训微波测量操作培训射频专业基础课官方淘宝店

文章来源: 互联网录入: mweda.com

滤波器/谐振腔

cst　

CST微波工作室在解决滤波器问题上提供多种有效的途径：
微波工作室的本征模求解器求解谐振频率和相应的本征场。这些结果再通过模式分析将耦合考虑进去进而得出整个系统的S参量矩阵。
时域求解器对系统进行瞬态分析求得S参量。对于高Q值结构，可使用自回朔滤波器功能以压缩总的仿真时间。
1997年《欧洲微波工程杂志》所刊登的考题充分展示了CST软件在计算复杂滤波器结构中的精度
通过一个三柱梳状滤波器，可以看到如何使用CST微波工作室来进行滤波器的调协。
微波工作室的精度通过与球形谐振腔的解析结果的比较得以验证。

八柱梳状滤波器 [table=90%]

共面波导谐振腔

cst　

K. Hettak, N. Dib, A.-F. Sheta, S. Toutain等人在"A Class of Novel Uniplanar Series Resonators and their Implementation in Original Applications," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 46, no. 9, pp. 1270-1277, Sept. 1998中提出了一个精巧的毫米波共面谐振腔。

我们用CST微波工作室的自适应网格算法对其进行了仿真。

三维共面波导结构。计算所得阻抗：46.7Ohms

Al2O3基，e r = 9.8，高=0.252 mm
镀金带线厚= 3 um
带线距地=0.1 mm
谐振腔槽宽=0.025 mm
谐振腔槽最大长度=1.025 mm
谐振腔槽最小长度=0.5 mm

计算结果与测量结果吻合甚佳。通过四次自适应网格的迭代得到上述结果。耗时9分钟（PII 400 MHz）

二端口介质滤波器
cst
这里示出的是含有两个介质环同轴输入输出结构的滤波器。两个介质环构成了两个相互耦合着的谐振腔，从而使其成为一个高Q值的带通滤波器。我们使用CST微波工作室的时域求解器对此进行了分析。桃色：介质环（介电常数38），兰色：金属，灰色：谐振腔通带区S参量。计算时间：15分钟（Pentium PII 400MHz）。计算频带：3.5 - 6.5 GHz。自适应滤波器的使用将计算时间缩短为三分之一。若只想考察谐振点，则可以采用微波工作室的本征模求解器。此时只需不到三分钟的计算时间。 [table]
三维电场分布。可以看见场在两个介质环处集中。
0度时电场幅值的等高图…
45度时...
90度时

篇数:1/1

滤波器调谐

cst　

速度与精度是使CST微波工作室成为复杂滤波器精调最佳工具的重要因素。微波工作室的两个时域和本征模求解器是分析滤波器结构的最佳组合。加之自恰的网格生成器和灵活的VBA功能，微波工作室不愧是滤波器设计者的法宝。.
本例给出如何用微波工作室对一个三柱梳状滤波器进行调谐。

本滤波器的要求为：
3阶切比雪夫滤波器，带宽=10 MHz，带内纹波=0.01 dB (1.100747 VSWR)，反射损耗=-26.3828 dB
将微波工作室用作“虚拟网络分析仪”来检查在给定的调谐范围内能否满足设计要求。
有关这里所采用的滤波器调试过程的理论基础请参阅以下两篇文章：
1) Martin & Ness: "Coupling Bandwidth and Reflected Group-Delay Characterization of Microwave Bandpass Filters" Technical Feature in Applied Microwave&Wireless 1993, p. 86-98
2) John B. Ness: "A Unified Approach to the Design, Measurement, and Tuning of Coupled-Resonator Filters" IEEE Trans on Microwave Theory and Tech, Vol 46No.4 April 1998
滤波器的阶数决定所谓的“归一化g值”。在结果耦合系数或群速延迟时间时需要用到此值。
下步请看：谐振腔短路
或直接阅读小结

1997年《欧洲微波工程杂志》考题：双模滤波器

cst　

这是一个双模滤波器。它是由欧洲宇航局（European Space Agency - ESA）设计、模拟和测量的。它在11GHz处有一个很窄的通带。反射低于20dB。
1997年《欧洲微波工程杂志》将其作为公开考题。CST是唯一一家给出正确结果的软件公司。反射再低于20dB几乎是不可能的，因为此结构对尺寸十分敏感（见ESA自己的测量和仿真结果）。有限元软件均未能给出正确的结果。

ESA仿真(虚线)和测量(实线)结果

CST仿真(实线)和KCC仿真(虚线)结果

有限元软件的仿真结果

微带带阻滤波器

cst　

这里给出一个微带带阻滤波器S参量计算的例子。此滤波器由一条弯成方形的主微带线和三条与之垂直相连的开路线构成。激励信号为一个带宽为0到400 MHz的高斯脉冲。为对场的传输有一个直观了解，在给定的频点处设置了三维场记录。由此，可以清楚地看到通带内的良好传输及阻带内波的全反射。

兰色：微带线。浅红：介电常数为15的基片。总长：225mm。微带厚度：0.1mm

0到400 MHz的S参量。200到270 MHz间为阻带

[img=300,206][/img]

表面电流：阻带内230 MHz

[img=300,206][/img]

表面电流：通带内120 MHz

二端口介质滤波器的模式分析

cst　

这里示出的是含有两个介质环同轴输入输出结构的滤波器。两个介质环构成了两个相互耦合着的谐振腔，从而使其成为一个高Q值的带通滤波器。我们使用CST微波工作室的本征模求解器结合模式分析对此进行了研究。

桃色：介质环（介电常数38），兰色：金属，灰色：谐振腔

由模式分析所得的通带内的S参量。计算时间：2分40秒（Pentium PII 400 MHz）

4.079 GHz处第一个模式的磁场分布

4.079 GHz处第二个模式的磁场分布

4.577GHz处第三个模式的磁场分布。此模与上图中的第一个峰相对应。注意：上面的S参量是在有外部耦合的情况下计算出来的；而这里的模式则是没有外部耦合下的结果。这是为何大约相差20 MHz的原因。

4.604GHz处第四个模式的磁场分布。此模与上图中的第二个峰相对应。同理：相差20 MHz是由于外部耦合。

球形谐振腔

cst　

一个球形空腔谐振腔的第一个模式的谐振频率的解析解为fres = 0.4367 * c / r ，c为光速，r为球的半径。故一个半径为10cm的真空球腔的基模频率为：fres= 1.30919 GHz。
CST微波工作室的本征模求解器的速度和精度在此被展示得淋漓尽致。CST专有技术－理想边界拟合（PBA）使得曲面边界得到最佳拟合从而得到极为精准的结果，即：fres = 1.30801 GHz 。与理论解的偏差仅：0.1%。计算时间为：1分40秒。

基模电场分布

相应的等高图

球面在网格上的细节。网格可以部分填充。球面的弧度被真实用于计算中。

[/td][/tr][/table]

微波EDA (www.mweda.com) 网友回复：