微带低通滤波器的设计与仿真.docx
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微带低通滤波器的设计与仿真
微带低通滤波器的设计与仿真
分类：
电路设计
嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波
器。
现把它放到网上，以供大家参考。
带低通滤波器的设计
一、题目
第三题：
低通滤波器的设计
技术参数：
f<800MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50Ohm。
仿真软件：
HFSS、ADS或IE3D
介质材料：
介电常数汀=2.65板厚1mm
二、设计过程
1、参数确定：
设计一个微带低通滤波器，其技术参数为f<800MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50Ohm
介质材料：
介电常数汀=2.65板厚1mm。
2、设计方法：
用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的
宽度及长度，确保各段长度均小于入/8（入为带内波长）。
3、设计过程：
（1）确定原型滤波器：
选择切比雪夫滤波器，?
s=fs/fc=1.82，?
s-1=0.82及Lr=0.2dB，Ls>=30，查表得N=5,原型滤波器的归
一化元件参数值如下：
g1=g5=1.3394，g2=g4=1.3370，g3=2.1660，gL=1.0000。
该滤波器的电路图如图1所示：
（2）计算各元件的真实值：
终端特性阻抗为Z0=50?
，则有
C1=C5=g1/（2*pi*f0*Z0）=1.3394/（2*3.1416*8*10人8*50）=5.3293pF，
C3=g3/（2*pi*f0*Z0）=2.1660/（2*3.1416*8*10人8*50）=8.6182pF，
L2=L4=Z0*g2/（2*pi*f0）=50*1.3370/（2*3.1416*8*107）=13.2994nH
（3）计算微带低通滤波器的实际尺寸:
设低阻抗（电容）为Z0l=15?
经过计算可得W/d=12.3656,&e=2.443,7贝U
微带宽度W1=W3=W5=W=1.000*12.3656=12.3656mm,
各段长度11=15=Z0l*Vpl*C1=15*3*10A11/sqrt（2.4437）*5.3293*10A-12
=15.3412mm,
13=Z0l*Vpl*C3=15*3*10A11/sqrt（2.4437）*8.6182*10A-12
=24.8088mm,
带内波长入=Vpl/f=3*10A11/（sqrt（2.4437）8*10A8）=239.8873mm,入/8=29.9859mm
可知各段均小于入/8符合要求。
设高阻抗（电感）为Z0h=95?
经过计算可得W/d=0.85,&e=2.0402则
微带宽度W2=W4=W=1.0000*0.85=0.85mm，
各段长度l2=l4=Vph*L2/Z0h=29.4031mm，
带内波长入=Vpl/f=3*10A11/（sqrt（2.0402）*8*10A8）=262.5396mm,入/8=32.8175mm
可知各段均小于入/8符合要求。
4）参数修正
经过反复优化与调试，最终确定的低通滤波器的各参数如下：
低阻抗线W1=W3=W5=14.30mm
l1=l5=18.50mm
l3=26.97mm
高阻抗线W2=W4=1.05mm
l2=l4=30.77mm
三、仿真调试与结果
本仿真基于ADS软件，设计中的低通滤波器的电路原理图如图2所示：
按图连线，设置好参数后，运行仿真，得到S（2,1）（dB）关于f（MHz）的曲线图如图3及图4所示:
HZ
.Teim._
Tierml
IhI#
Ninn=1
Z=5DOhm
Subst=BMSub1"w=l05rnrri'卜fL=3077mmTH
S|ibft>=BM6ub11
W-U30mm
L=1ft.50rnm
TL2
Subst="MSubr,
W^1430'mm
■MUN'''
■|_2'■■
Subsi=_MSubr
g05mmL=30T7mm
I
2•••
ISubst="MSubr
W=14.3Dmm
-L=10.5Omm
+IMNU-
■Ai*"
lerm■ferm2■Num=2-
Z=50Ohm
L_26.?
7ii.-n
■'-'・们_-J'■
■MStdbl
..H-LOmfli.
.Er=?
65
Mur=1
Corid=1.OE*fOHu=lUe+Rough=0mm
由图3可以看出，设计的低通滤波器在频率大于1100MHz时，即通带外300MHz处，才使得滤波器的插入损耗L大于20dB,不满
足设计要求。
但由图4可知，通带内损耗小于2dB，符合要求。
plot_vs（dB（S{2J）Xfreq）
freq,GHz
oo
If
20
■
so
■
o
4
一o
50
二L7?
S）8P
plot^vs（dB（S（2t1）Xfreq）
J0
8
o
50
00
4
o
20
5所示:
据此，在电路原理图上设置一个变量控制器以及优化控制器，用以优化滤波器的参数，如图
OptimGoaM
e那尸划b[舵;jy
・SimlnstanceNam^'^PI■>■
Mirt—2
hi■BriI-4hl■i・
Waight=100
RarigeVarfl]=Treqp
rPangeMin[1MH?
■-■
RangeMa）（1j^EOOMHz--
OptimGoal2
'E>pr=l,dB（S（211））\
gimInstariceName="SP1"
'Mlin='
-Ma）t=L20
.WeightsOQ--..
Rar}g.eVar[1]="fre^"
'RangeMin[1|=^QMH2
'RarigeMa）41]=1'5DQMHZ'
GOAL
礙I®丽I「
-C）Mim
.Optin1
OptiniType=RandomMaxlter5=20O
'DesiredError^OD1'
'StatusLeveM'
■Fi^lAnalysi^Alone'■
.Mornri^lizeGaals^no.
SetEi&stValues^yesSeed=
S^veSaEns^yes
'SsveGua'Is-yes'
-SaveOptimV^rs=no
.UpdateDatase1=yes.SaveMomki日匸noSaveAllll已FBticin沪口。
'UseAHOptVars=yes
I1I*il!
I•
圍WR
VAR1■■■■
，7/1=12.3S'（Qjb■
w2-0.35{a）
J1=1534{o}12=2940{□}13=^4.90{□}
通过优化以后，再仿真得到的滤波器特性曲线如图6与7所示:
由图6可以看出，设计的低通滤波器在频率大于900MHz时，即带外100MHz处，滤波器的插入损耗L大于20dB,满足设计要求
plot__vs{dB（S（2,1几freq）
（atisarp
由图7可以看出，设计的低通滤波器在频率小于
760MHz时，滤波器的插入损耗小于2dB,在800MHz处不到6dB，约有40MHz
的误差，基本满足设计要求
plot_vs（dB（S（2,1））,freq）
=lzw）cdp
参数调整好后，导出微带线的版图，如图8所示:
调整好布局，对其进行仿真（注意端口的放置，图中端口1、2分别放在上下两个顶点处），得图9所示特性曲线:
S2
S21
Frequency
20dB,1100MHz以后才有大于
可以看出，该曲线与原理图的仿真相近，只是带外
100MHz（即900MHz~1100MHz）损耗仍旧小于
20dB的损耗，存在约200MHz的偏差。
如需要更加精确的仿真结果，则要重新反复地优化微带的参数。
附1:
Smith圆图
图10
附2:
寄生通带
plot_vs（dB（S（2,1））,freq）
pzcomp
freq,GHz
图ii
如图所示，在高频段会产生一些寄生通带，不知何因？
还请高手不吝赐教!
四、AUTOCAD图
最后导出AUTOCAD图，添加标注，AUTOCAD图如图10所示
图12
这个图拿去做板的话不适用，得自己用autoCAD画出来，并标上尺寸。
如图13所示:
图13
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