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1、实验一交叉耦合滤波器设计与仿真一、实验目的1.设计一个交叉耦合滤波器2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S参数二、实验设备装有HFSS13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik（k=1,2,3,…,N）表示各谐振腔的回路电流，Mij表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦
2、合系数(i,j=1,2,…,N，且i≠j)。在这里取ω0=1，即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk（k=1,2,3,…,N）表示各谐振腔的自耦合系数。n腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示:这个电路的回路方程可以写为或者写成矩阵方程的形式：其中，一般来讲，频率都归一成1，即ω≈ω0=1,则其中E为电压矩阵，I为电流矩阵，Z为阻抗矩阵，U0是N×N阶单位矩阵。M是耦合矩阵，它是一个N×N阶方阵，形式如下：其中对角线上的元素代表每一个谐振腔回路的自耦合，表示每一个谐振腔的谐振频率fi与中心频率f0之间的偏差。（在同步调谐滤波器中，认为它们的值都取零）。R矩阵是N×N阶
3、方阵，除R(1,1)=R1，R(N,N)=R2为非零量以外，其它元素值都等于零。那么，这个电路的传输函数可以写为其中，D(cofZ1N)表示Z矩阵第一行、第N列元素的代数余子式，D(Z)表示Z矩阵的行列式。相应地,通带增益频响特性为取n=3，可得3×3阶耦合矩阵M：3阶椭圆函数滤波器的低通增益函数修正为：其中上述方法中的等波纹系数也必须进行修正，修正方法有下列两种：(1)取导数为零的点，得到(－1，1)内各点的最大值α，有：(2)令标准椭圆函数与修正后的椭圆函数在边带上的衰减相等，从而求得修正后的纹波系数：一、实验内容设计一个交叉耦合滤波器，其指标要求如下：中心频率：910M
4、Hz带宽：40MHz带内反射：<20dB带外抑制：在MHz处>20dB此滤波器通过三腔微带结构(环形谐振器)实现。选用介质板的相对介电常数为εr=1.8，厚度为h=1.27mm。腔体为半波长方腔结构，腔间耦合程度通过腔间距离来控制，使得滤波器谐振频率在910MHz。最终获得反射系数和参数系数曲线的仿真结果。一、实验步骤1.建立新工程了方便建立模型，在Tool>Options>HFSSOptions中讲DuplicateBoundarieswithgeometry复选框选中。2.将求解类型设置为激励求解类型：（1）在菜单栏中点击HFSS>SolutionType。（2）在弹出的
5、SolutionType窗口中(a)选择DrivenModal。(b)点击OK按钮。3.设置模型单位（1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。（2）在设置单位窗口中选择：mm。4.建立滤波器模型（1）首先建立介质基片(a)在菜单栏点击Draw>Box,这样可以在3D窗口中创建长方体模型。(b)输入长方体的起始坐标：X：-20，Y：-35，Z：0；按回车键结束输入。(c)输入长方体X，Y，Z三个方向的尺寸，即dX：40，dY：70，dZ：-1.27；按回车键结束输入。(d)在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Substrate，透
6、明度（transparent）改为0.85。(e)点击Material对应的按钮，在弹出的材料设置窗口中点击AddMaterial按钮，添加介电常数为10.8的介质，将其命名为sub。点击OK结束。（2）建立Ring_1(a)在菜单栏中点击Draw>Rectangle，创建矩形模型。(b)在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：0，Y：0，Z:0按回车键。(c)在坐标输入栏中输入长、宽：dX：10，dY：-25，dZ：0按回车键。(d)在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Ring_1。(e)在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形
7、模型。(f)在坐标输入栏中输入起始点的坐标：X：1.4，Y：-1.4，Z：0按回车键。(g)在坐标输入栏中输入长、宽：dX：7.2，dY：-22.2，dZ：0按回车键。(h)在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Inner。(i)同样地，建立矩形Cut_1，输入的坐标为：X：4，Y：-25，Z：0，按回车键结束。dX：2，dY：1.4，dZ：0，按回车键结束。(j)用Ring_1将Inner和Cut_1减去，使之成为一个开口的矩形环。在菜单栏中点击Edit>Selec
