设计与仿真：交叉耦合滤波器的实现与分析

该文档是关于“实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真”的指导材料，主要涉及计算机和互联网领域的知识，特别是无线通信和信号处理中的滤波器设计。 交叉耦合滤波器是一种重要的滤波器类型，常用于实现带外有限传输零点的功能。这种滤波器的设计通常基于谐振腔的多耦合结构，允许非相邻腔体之间以及源与负载之间的相互耦合。实验的目标是设计并仿真这样一个滤波器，并分析其S参数，以了解其传输特性。 实验设备为安装了HFSS 13.0软件的笔记本电脑，这是一种高频结构仿真软件，广泛用于电磁场和无线通信系统的建模与仿真。 实验原理部分介绍了交叉耦合带通滤波器的等效电路模型，其中包括电压源、电阻、回路电流和互耦合系数。电路的回路方程以矩阵形式表达，其中包含电压矩阵、电流矩阵、阻抗矩阵和耦合矩阵。耦合矩阵的对角线元素表示每个谐振腔的自耦合，而非对角线元素表示相互耦合。 在归一化频率条件下，可以计算出电路的传输函数和通带增益频响特性。实验中给出了3×3阶耦合矩阵的具体示例，并展示了如何修正3阶椭圆函数滤波器的低通增益函数以满足特定的波纹系数要求。 实验内容要求设计一个中心频率为910MHz、带宽为40MHz、带内反射小于20dB、在特定频率点带外抑制大于20dB的交叉耦合滤波器。设计将采用三腔微带结构，具体为环形谐振器，选用的介质板的相对介电常数为1.8。 这个实验涵盖了滤波器设计的基础理论、仿真工具的使用以及实际性能指标的设定，对于理解无线通信系统中滤波器的设计和优化至关重要。通过这样的实验，学生能够深入理解交叉耦合的概念及其在信号处理中的应用，同时提升他们在实际工程问题中的解决能力。