实验四微带线带通滤波器设计Word文档下载推荐.docx
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有分布参数的频率周期性引起，在通带外又产生新的通带
2、平行耦合微带线滤波器的理论
当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。
平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。
当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。
根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。
每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Ze，奇模特性阻抗为Z0。
单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。
如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。
二、耦合微带线滤波器的设计的流程
1、确定滤波器指标
2、计算查表确定滤波器级数N
3、确定标准滤波器参数
4、计算传输线奇偶模特性阻抗
5、计算微带线尺寸
6、仿真
7、优化再仿真得到波形图
设计参数要求：
（1）中心频率：
2.4GHz；
（2）相对带宽：
9%；
（3）带内波纹：
<
0.5dB；
（4）在频率1.9GHz和2.9GHz处，衰减>
20dB；
（5）输入输出阻抗：
50Ω。
三、具体设计步骤
第一步：
先用设计向导设计原理图：
（1）打开ADS窗口，建立工程
（2）在原理图窗口中的工具栏中选择【DesignGuide】—>
【Filter】—>
【FilterControlWindow】单击确定后，弹出向导设计窗口，选择FilterAssistant选项，在窗口中输入Fs1=1.9，Fs2=2.9，Fp1=2.29，Fp2=2.5，Ap=0.2，As=24.6，得到所需要的波形以及阶数N=3
把参数要求输进去得到原理图：
第二步：
由生成原理图可以知道用三阶可以实现。
下面计算参数：
1、确定下边频和归一化带宽。
假设下边频为ω1、上变频为ω2、中心频率为ω0，归一化带宽为：
Δ=（ω2-ω1）/ω0,其中ω0=2.4GHz，Δ=9%得到ω2-ω1=0.216GHz又ω2+ω1=4.8GHz
所以ω1=2.292GHzω2=2.508GHz
（1）计算低通滤波器原型参数。
3阶、带内波纹小于0.5dB的切比雪夫滤波器原型参数通过查表得g1=1.5963；
g2=1.0967；
g3=1.5963
（2）计算每节奇偶模的特性阻抗，滤波器需要4节耦合微带线连级，由以下公式计算
（3）计算得到各个参数如下表所示：
节
偶模特性阻抗
奇模特性阻抗
1
69.3
39.5
2
55.9
45.2
3
4
系统阻抗
50
说明：
上表的阻抗单位都为欧姆，导体带的导体带的宽度、导体带的间隔藕合线的长度单位都为mm，相移角表示计算微带线的时候为90度。
四、设计平行耦合微带线带通滤波器原理图
（1）创建项目
启动ADS软件，弹出主视窗。
选择主视窗中的【file】菜单->
【newproject】，弹出【newproject】对话框，在【newproject】对话框输入项目名称和这个项目默认的长度单位。
（2）利用ADS的计算工具tools完成对微带滤波器的计算
ADS软件中的工具tools，可以对不同类型的传输线进行计算，使用者可以利用计算工具提供的图形化界面进行设计。
对于平行耦合微带线来说，可以进行物理尺寸和电参数之间的数值计算，若给定平行耦合微带线奇模和偶模的特性阻抗，可以计算平行耦合微带线导体带的角度和间隔距离。
下面利用ADS软件提供的计算工具，完成对平行耦合微带线的计算。
在原理图上，选择【tools】菜单->
【LineCalc】->
【StartLineCalc】命令，弹出【LineCalc】计算窗口。
如图示。
设置所需参数。
在【LineCalc】计算窗口选择如下：
Er=2.7，表示微带线基板的相对介电常数为2.7。
Mur=1，表示微带线的相对磁导率为1。
H=1mm，表示微带线基板的厚度为1mm。
Hu=1.0e+033，表示微带线的封装高度为1.0e+033。
T=0.05mm，表示微带线的导体厚度为0.05mm。
Cond=5.8E+7，表示微带线导体的电导率为5.8E+7。
TanD=0.0003，表示微带线的损耗角正切为0.0003.
Freq=2.4GHZ，表示计算时采用的频率为2.4GHZ.
Ze，表示计算时偶模的特性阻抗。
Zo，表示计算时奇模的特性阻抗。
这样通过计算工具可以依次算出微带线的尺寸
相移
导体带的宽度
导体带的间隔
藕合线的长度
90
2.26219
0.27101
21.4913
2.5701
1.24013
21.0792
2.633
20.9949
（3）设计微带线原理图
a、在原理图的元件面板列表中，选择微带线【TLines-Microstrip】，元件面板上出现与微带线对应的元件图标。
b、在微带线元件面板上选择Mcfil，4次插入原理图的画图区，Mcfil是一段长度的平行耦合微带线，可以设置这段平行耦合微带线的导体带宽度W，导体带间隔S和长度L。
分别双击画图区的4个Mcfil，将4个Mcfil的数值根据列表中的数值设置，如图所示。
c、在微带线元件面板上选择MLIN，两次插入原理图的画图区，MLIN是一段长度的微带线，可以设置这段微带线的宽度W和长度L。
分别双击可以设置。
选择S参数仿真元件面板，在元件面板上选择负载终端Term，两次插入原理图，再插入两次地线，完成连线如下图
（4）原理图仿真
在仿真之前，首先设置S参数仿真控件SP，SP对原理图中的仿真参量给出取值范围，当S参数仿真控件SP确定后，就可以仿真了。
在S参数仿真元件面板【Simulation-S_Param】上，选择S参数仿真控件SP，插入原理图区，对S参数控件设置如下start=1.5GHz，stop=3.5GHz，step=2.0MHz
仿真后波形如下：
序号
频率
dB（S（21）
M1
2.4GHz
-0.646
M2
2.3GHz
-0.56
M3
2.5GHz
-10.817
M4
1.9GHz
-42.115
M5
2.9GHz
-39.476
有上表中看出，虽然在2.9GH和1.9GHz时满足要求，但在中心频率2.4GHz偏移了，而且通带的上限频率和下限频率都不满足，带内波纹也不满足。
所以要进行优化：
（5）原理图优化
修改平行微带线段的取值方式，将平行耦合微带线段的导体带宽度W、两个导体带的间隔S和耦合微带线的长度L设置为变量，并设置相邻平行耦合微带线的尺寸，分别在下面窗口中设置4段微带线
设置完成后，在原理图的工具栏选择【VAR】按钮，插入原理图的画图区。
在画图区双击VAR，弹出【VariablesandEquations】对话框，在对话框中对变量w1、s1、l1、w2、s2、l2的范围进行设置w1（1to3）w2（1to4）s1（0.2to0.5）s2（0.7to1.5）l1（20to30）l2（20to30）得到
在原理图中插入优化控件Optim，双击优化控件Optim，设置优化次数为100次
在原理图中插入3个目标控件DOEGOAL,双击设置如下
最后所得的优化原理图为
最后通过工具栏中【Simulate】—>
【Tuning】进行调谐得到仿真的波形图如下，
优化后的值如下表：
优化后的导体带的宽度
优化后导体带的间隔
优化后的藕合线的长度
39..5
1.62021
0.136
1.29
1.1613
dB（S（2,1））
-0.469
2.5GHz
-0.456
2.4GHz
-0.450
1.9GHz
-32.187
2.9GHz
-25.932
从上图可以看出：
M3为中心频率为2.4GHz在中心，满足技术指标，
M1为上边频2.3GHz，m2为下边频2.5GHz，满足技术指标
在1.9GHz----2.9GHz衰减大于20dB满足技术指标
带内波纹最大为0.013dB小于0.2dB满足技术指标
相对带宽9%满足技术指标
五、实验设计收获：
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