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濾波器/諧振腔

文章來源: 互聯網錄入: mweda.com

濾波器/諧振腔

cst　

CST微波工作室在解決濾波器問題上提供多種有效的途徑：
微波工作室的本征模求解器求解諧振頻率和相應的本征場。這些結果再通過模式分析將耦合考慮進去進而得出整個系統的S參量矩陣。
時域求解器對系統進行瞬態分析求得S參量。對于高Q值結構，可使用自回朔濾波器功能以壓縮總的仿真時間。
1997年《歐洲微波工程雜志》所刊登的考題充分展示了CST軟件在計算復雜濾波器結構中的精度
通過一個三柱梳狀濾波器，可以看到如何使用CST微波工作室來進行濾波器的調協。
微波工作室的精度通過與球形諧振腔的解析結果的比較得以驗證。

八柱梳狀濾波器 [table=90%]

共面波導諧振腔

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中提出了一個精巧的毫米波共面諧振腔。

我們用CST微波工作室的自適應網格算法對其進行了仿真。

三維共面波導結構。計算所得阻抗：46.7Ohms

Al2O3基，e r = 9.8，高=0.252 mm
鍍金帶線厚= 3 um
帶線距地=0.1 mm
諧振腔槽寬=0.025 mm
諧振腔槽最大長度=1.025 mm
諧振腔槽最小長度=0.5 mm

計算結果與測量結果吻合甚佳。通過四次自適應網格的迭代得到上述結果。耗時9分鐘（PII 400 MHz）

二端口介質濾波器
cst
這里示出的是含有兩個介質環同軸輸入輸出結構的濾波器。兩個介質環構成了兩個相互耦合著的諧振腔，從而使其成為一個高Q值的帶通濾波器。我們使用CST微波工作室的時域求解器對此進行了分析。桃色：介質環（介電常數38），蘭色：金屬，灰色：諧振腔通帶區S參量。計算時間：15分鐘（Pentium PII 400MHz）。計算頻帶：3.5 - 6.5 GHz。自適應濾波器的使用將計算時間縮短為三分之一。若只想考察諧振點，則可以采用微波工作室的本征模求解器。此時只需不到三分鐘的計算時間。 [table]
三維電場分布�？梢钥匆妶鲈趦蓚€介質環處集中。
0度時電場幅值的等高圖…
45度時...
90度時

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濾波器調諧

cst　

速度與精度是使CST微波工作室成為復雜濾波器精調最佳工具的重要因素。微波工作室的兩個時域和本征模求解器是分析濾波器結構的最佳組合。加之自恰的網格生成器和靈活的VBA功能，微波工作室不愧是濾波器設計者的法寶。.
本例給出如何用微波工作室對一個三柱梳狀濾波器進行調諧。

本濾波器的要求為：
3階切比雪夫濾波器，帶寬=10 MHz，帶內紋波=0.01 dB (1.100747 VSWR)，反射損耗=-26.3828 dB
將微波工作室用作“虛擬網絡分析儀”來檢查在給定的調諧范圍內能否滿足設計要求。
有關這里所采用的濾波器調試過程的理論基礎請參閱以下兩篇文章：
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
濾波器的階數決定所謂的“歸一化g值”。在結果耦合系數或群速延遲時間時需要用到此值。
下步請看：諧振腔短路
或直接閱讀小結

1997年《歐洲微波工程雜志》考題：雙模濾波器

cst　

這是一個雙模濾波器。它是由歐洲宇航局（European Space Agency - ESA）設計、模擬和測量的。它在11GHz處有一個很窄的通帶。反射低于20dB。
1997年《歐洲微波工程雜志》將其作為公開考題。CST是唯一一家給出正確結果的軟件公司。反射再低于20dB幾乎是不可能的，因為此結構對尺寸十分敏感（見ESA自己的測量和仿真結果）。有限元軟件均未能給出正確的結果。

ESA仿真(虛線)和測量(實線)結果

CST仿真(實線)和KCC仿真(虛線)結果

有限元軟件的仿真結果

微帶帶阻濾波器

cst　

這里給出一個微帶帶阻濾波器S參量計算的例子。此濾波器由一條彎成方形的主微帶線和三條與之垂直相連的開路線構成。激勵信號為一個帶寬為0到400 MHz的高斯脈沖。為對場的傳輸有一個直觀了解，在給定的頻點處設置了三維場記錄。由此，可以清楚地看到通帶內的良好傳輸及阻帶內波的全反射。

蘭色：微帶線。淺紅：介電常數為15的基片。總長：225mm。微帶厚度：0.1mm

0到400 MHz的S參量。200到270 MHz間為阻帶

[img=300,206][/img]

表面電流：阻帶內230 MHz

[img=300,206][/img]

表面電流：通帶內120 MHz

二端口介質濾波器的模式分析

cst　

這里示出的是含有兩個介質環同軸輸入輸出結構的濾波器。兩個介質環構成了兩個相互耦合著的諧振腔，從而使其成為一個高Q值的帶通濾波器。我們使用CST微波工作室的本征模求解器結合模式分析對此進行了研究。

桃色：介質環（介電常數38），蘭色：金屬，灰色：諧振腔

由模式分析所得的通帶內的S參量。計算時間：2分40秒（Pentium PII 400 MHz）

4.079 GHz處第一個模式的磁場分布

4.079 GHz處第二個模式的磁場分布

4.577GHz處第三個模式的磁場分布。此模與上圖中的第一個峰相對應。注意：上面的S參量是在有外部耦合的情況下計算出來的；而這里的模式則是沒有外部耦合下的結果。這是為何大約相差20 MHz的原因。

4.604GHz處第四個模式的磁場分布。此模與上圖中的第二個峰相對應。同理：相差20 MHz是由于外部耦合。

球形諧振腔

cst　

一個球形空腔諧振腔的第一個模式的諧振頻率的解析解為fres = 0.4367 * c / r ，c為光速，r為球的半徑。故一個半徑為10cm的真空球腔的基模頻率為：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盡致。CST專有技術－理想邊界擬合（PBA）使得曲面邊界得到最佳擬合從而得到極為精準的結果，即：fres = 1.30801 GHz 。與理論解的偏差僅：0.1%。計算時間為：1分40秒。

基模電場分布

相應的等高圖

球面在網格上的細節。網格可以部分填充。球面的弧度被真實用于計算中。

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