电磁场与微波技术实验报告 实验环境 Genesys 实验名称 低通滤波器仿真实验 实 验 目 的 1、 了解和使用Genesys仿真环境。 2、 理解和掌握chebyshev低通原型滤波器的基本原理及其仿真 实 验 原 理 滤波器的综合设计一般包括四个环节:根据系统要求确定滤波器的工作特性；选择适当的描述上述工作特性的逼近函数的数学
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达式；确定滤波器的集总参数的网络结构；选择合适的微波结构予以实现。 微波滤波器可以看作一个二端口网络： 切比雪夫式特性，表现为在通带内衰减量有等起伏变化，通带外衰减量L单调增加。 该实验的参数确定步骤： 1 定低通原型。 由于设计公式的近似和制造的公差，设计时将截止频率稍作提高，以确保最高工作频率的通过。这里取fc=5 GHz，Ws’=9/5=1.8。由ωs′-1=0.8、Ls=35 dB、LP=0.5 dB查图知 n=5，g1 = g5=1.7058，g2=g4=1.2296，g3=2.5408，g6=1.0000。选用电感输入式梯形网络 2 算元件的真值。 实 验 原 理 3 元件的微波实现。滤波器的结构如下图 这里选用高低特性阻抗线间接的方式实现串联电感和并联电容。选取高特性阻抗ZCh =100 Ω，低特性阻抗ZC1=30 Ω。原则上，高阻线ZCh应尽量大些，低阻线ZC1应尽量小些，这样对集总参数的接近程度会更好一些。但制作工艺给这些选择以限制，故在此对高阻线，W/h
1. 0，资料得W２/h=2. 5， = 2. 7，故低阻线的宽度W２=2. 5 mm。 由式 计算其长度。 ④检验寄生通带 寄生通带是微波滤波器的一个特殊问题。传输线的尺寸只有远小于波长时，才能等效于所需的电感值或电容值。而当频率不断升高时，其相应的波长变短，使得上述关系不再成立，后果是微波滤波器的衰减不会像原型滤波器那样一直上升，而是会在某些频率范围内畸变成衰减较小的区域，称之为寄生通带。第一个寄生通带的波长大约为高阻线(较长的，决定低端)长度的两倍，故有 这和要截止的9.0 GHz之间有一定的频率间隔，理论上满足设计要求 实 验 内 容 设计一个切比雪夫式低通微带滤波器，其技术指标：截止频率fc=4.5GHz，带内等波纹衰减值Lp=0.5dB，阻带边频fs=9GHz处的Ls=35dB，输入和输出微带线特性阻抗均为50Ω，微带基片厚度h=1mm，相对介电常数εr=10，求微带线低通滤波器的结构尺寸。 实 验 结 果 及 分 析 实 验 结 果 及 其 分 析 实 验 结 果 及 其 分 析 实 验 结 果 及 其 分 析 实 验 结 果 及 分 析 在微波电路中，实际传播的是电磁波，即运动着的电磁场，因此只存在着分布参数元件。所谓微波实现就是用微波中的分布参数元件来代替梯形电路中的集总参数元件。切比雪夫式滤波器能够满足微波滤波器的设计要求。 根据设计步骤和设计方法能够很好的设计出所需要的滤波器，并且也能满足各项参数要求。如果随意改变各器件的值，将不能很好的满足设计要求。虽然在一定的范围内在一定方面或许会有所改进，比如反射系数，但是，这只是一小个区间而已，并且传输系数始终是按设计公式莱德比较合理，所以，就整体而言，还是按照设计步骤设置的参数是最合理的。 从仿真结果可以看出： 1）滤波器的衰减特性基本符合等波纹式低通滤波器的衰减特性；通带截止频率截止频率fc=4.5GHz，带内等波纹衰减值Lp=0.5dB，阻带边频fs=9GHz处的Ls=39dB。 这些均符合设计指标要求。 2）在通带内，对应于衰减特性的波纹起伏，幅频特性亦有相应的凹凸起伏变化，且在波纹最小值处最显著。这实质上乃微波元件导体和媒质（εr≠1）的损耗所致。 3）通带外，幅频特性的衰减为下凹的下降曲线而不是陡降的阶梯形。这主要是由于电磁波传输过程中在滤波器内导体壁引起的涡流的“趋肤效应”的作用：频率越高，趋肤效应越强，导体壁表面电阻越 大，导体损耗也越大，从而电磁波衰减的分贝数也越大。 与最平坦特性相比，其通带过渡到阻带比较陡，即切比雪夫型对频带的选择性能要比最平坦强。
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