完整word版微带线带通滤波器的ADS设计docWord下载.docx

1、5、半波长开路短截线滤波器下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计， 这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。2、平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的 ，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上 （ 可以簿到 1mm以下 ） ，故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟， 但采用高介电常数的介质基片， 使线上的波长比自由空间小了几倍， 同样可以减小； 此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形， 结构大为紧凑， 从而大大减小了体积和重量。关于平

2、行耦合线微带带通滤波器的设计方法， 已有不少资料予以介绍。 但是，在设计过程中发现， 到目前为止所查阅到的各种文献， 还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中， 为避免繁杂的运算， 一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。 而使用电子计算机进行辅助设计时， 则可以力求数学模型精确，而不追求过分的简化。 基于实际设计的需要， 我对于平行耦合线微带带通滤波器的准确设计进行研究，编制了计算机辅助设计的小程序（附上） ，并利用 CAD软件设计了微带带通滤波器，仿真模拟效果令人满意。应用此程序，不仅使设计速度大为提高，而且大大提高了设计的准确性。设计原理图1为平行耦合线微带带通滤波器的电

3、路结构示意图。它有 n个谐振器 （对应于滤波器的阶数 n），每个谐振器长为半波长 （ 对应中心频率 ），由 n1个平行耦合线节组成，长为四分之一波长 （对应中心频率 ）。图 2为一节平行耦合线及他的等效电路，其中 Z0eZ0o2Z0；Z0e*Z 0o=Z02 。图2 平行耦合线节及其等效电路平行耦合线微带带通滤波器的设计可分为以下几个步骤进行：第一步：由给定的通带和阻带衰减特性，用低通到带通的频率变换式 （1） ，选出合适的归一化低通原型， 计算出滤波器的阶数， 得到归一化低通原型的元件值（这一部分的计算可以查表得之） ；第二步：用网络等效方法，计算各级奇、偶模阻抗；第三步：由各级奇、偶模阻抗

4、，综合出微带线结构尺寸（这一个部分用 PUFF 实现）。$4.2.2计算公式本文所述的设计方法， 用到的公式很多， 有些公式如最大平坦特性与切比雪夫特性滤波器归一化低通原型的阶数及元件值的计算公式及很多图表， 很多书中都有说明，这里就不再介绍， 查阅公式和图表请参阅参考书目， 那里有很详尽的公式及图表介绍。 在此首先给出由低通到带通的频率变化式； 接着给出由低通原型元件值到奇、偶模特性阻抗的计算式。1、由低通到带通的频率变换上式中，为低通原型的频率变量，是低通原型的截止频率，是带通滤波器的带边频率，是带通滤波器的频率变量，是带通滤波器的中心频率，是带通滤波器的相对带宽，它按下式计算：1、 耦合

5、线节的奇、偶模阻抗设滤波器的节数为 n，归一化低通原型的元件值为 g0 ,g1,g2 gn+1，则有以下设计公式：J01W（ 3 ）Y 02g0g1 1Jj, j 11（j=1，2， ， n-1）（ 4 ）2 1gj gj 1Jn, n 1（ 5 ）2gngn 1 1其中，Y 0为传输线特性导纳， J代表导纳倒置转换器， 其余参数 W、同（1）这样，我们可以得第 J个耦合线节的奇模阻抗和精模阻抗分别为：2、 由各级奇、偶模阻抗综合出微带线结构尺寸这部分公式繁多，计算麻烦，本文应用 PUFF软件自动计算出平行耦合线的各参数值。$4.2.3 滤波器的理论设计设计指标：中心频率 f0：2.45GHz

6、；带宽 BW ：100200MHz （这里理论计算采用 100MHz）；输入、输出的特征阻抗均为 50；在f 2.15GHz上衰减 46dB；选用纹波系数为 0.01dB的切比雪夫原型。（1）、设计低通原型由公式 （1） 计算的 6，则查图表得知阶数 n3，再次查找纹波系数为 0.01dB的切比雪夫原型的元件数值表的：g0 1， g10.6292 ，g20.9703 ，g30.6292 ，g4 1， 1。（2）、计算导纳变换器的归一导纳由公式 （ 3 ）、（ 4 ）、 （ 5 ）计算得：0.316， J12 0.08， J230.08， J34 0.316。（3）、计算各平行耦合线节的奇模和偶

7、模的阻抗由公式 （ 6 ）、（ 7 ）计算得：（ Z0e ）01=（ Z0e ）34=50*（1+0.316+0.316*0.316）=70.7928； （ Z0o ）01=（ Z0o ）34=50*（1-0.316+0.316*0.316）=39.1928 ； （ Z0e ）12（ Z 0e ）2354.32 ； （ Z0o ）12（ Z0o ）23 46.32 ；（4）、计算平行耦合线节的 W 、S和L这部分计算由 PUFF完成：在PUFF界面按 F3，激活 F3窗口，设置里面的数值为：“a clines 71 39 90 ”表示 a 是理想双传输线，长度为四分之一波长，偶模阻抗为 71

8、，奇模阻抗为 39 ；“b clines 54 46 90 ”表示 b 是理想双传输线，长度为四分之一波长，偶模阻抗为 54 ，奇模阻抗为 46 ；（其奇偶模得阻值由前面计算所得，其计算带宽为 100MHz。）把光标移到 a，安下“”键，即得该传输线得参数值：L=12.523mm,W=0.846mm,S=0.292mm;同样得 b 传输线得参数值为：L=12.217mm,W=1.099mm,S=1.482mm.理论设计完成，即可在 ADS 中进行优化设计与仿真。3、具体设计过程3.1 创建一个新项目 启动 ADS 选择 Main windows 点击 建立一个新的 project ，出现下面对

9、话框 选择保存的路径和键入文件名，点击“ ok”即创建了一个新项目。 点击 ，新建一个电路原理图窗口，开始设计滤波器。3.2 滤波器电路设计及仿真 在 中选择 Tlines-Microstrip 类，然后在这个类里面分别选择 、 和 并安放在适当的位置， 4 个 和 2 个按照图 1 放好。 点击 ，加 2 个 port，并按图所示位置放好。 单击 连好线。图 1 滤波器初始电路图 双击图 1 中的 ，并修改下面对话框的内容，主要设定基片的各种属性。其中 H 是基片的厚度， Er 是介电常数， T 为基片上面金属层的厚度， TanD 是基片的损耗。 依次双击图 1 中的 和 ，并修改下面对话框

10、的内容，主要设定微带线节的属性（数据前面已经计算得出，图 1 中的 Mlin 是 2 节 50 的传输线，查表得宽度为 1.07mm）。 在 中选择 Simulation-S_Param类，然后在这个类里面分别选择 和 并安放在适当的位置， 点击 ，加 2 个地端，最后单击 按照图 2 连好线。图 2 滤波器 S 参数的仿真电路 双击图2 中的，编辑下面的对话框，设定S 参数仿真的频率范围。 按进行仿真。 在 Data Display内容 S11、S12。窗口，就是新弹出的窗口中，按键，选择下面对话框的 点击 ok 后即得滤波器的特性曲线如图 3 所示。其带宽为 190MHz，只是频率有所偏移

11、，不能达到损耗要求，可以通过 TURN 改进。图 3在窗口中选择 markernew，然后在曲线中标识一个合适的点，以便优化所用。如上图回到电路图的窗口，点击 ，进行协调修正优化，然后在下面的窗口中选择修正的参数并进行修正。 随着所修正参数值的变化，曲线也随着变化，达到满足要求后的值时按一下 update 按 钮， 即得 到修 正后 的结 果， 各个 参数 值 为 a 传 输线 L 12.1mm,W=0.85mm,S=0.3mm；b 传输线 L=12mm,W=1.08mm,S=1.55mm最后.的 S 参数仿真结果为：其带宽为 190MHz，中心频率处的损耗为 0.25dB，满足设计要求。5.

12、2 版图 Momentum 仿真 撤掉 S 参数仿真的模型， 恢复电路如图 1 所示，点击 layout Generate/Update layout，电路自动生成 layout 版图，如图所示： 设置 Substrate ，点击 ，然后再点击 ，即完成设置模拟。 设置 port ，点击 ，编辑下面这个窗口，完成端口设置。 Mesh仿真，点击 ，输入下框中的频率数值，点击 ok 开始模拟。 最后进行 simulate ，点击 ，编辑下面对话框，如图：设置完后点击 simulate，计算机则开始计算模拟，需花费一定时间。模拟结束后自动打开 data display 窗口，显示各种曲线，如图 然后

13、点击 ，则出现下图：图 4 点击 显示 S 参数的曲线，如图：S12 S 参数曲线 同上即得相位、输入输出阻抗等曲线，如图：S12 相位曲线S21 圆图输入阻抗曲线4、总结从最后的仿真结果可以看出仿真结果与理论设计得 100MHz 带宽有一定的误差。分析其误差得来源主要有：1、计算滤波器阶数以及切比雪夫原型的元件值所查得图表得误差；2、计算归一导纳和奇偶阻抗的数据舍入的误差；3、理论计算没有考虑基片的损耗，而 ADS 软件是一个工程软件，设计模拟过程中考虑了基片的损耗、 外界的干扰等各种因素， 使得每一节的耦合线得 Q 值降低，一共有 4 节，从而带宽明显比理论值大，这个是最主要的原因。但是设计指标的带宽要求是 100M200M ，所以应用 ADS 软件的设计结果还是满足设计要求。无源器件的设计相对简单， 设计的关键就是各个参数值的计算， 这个需要计算机辅助设计， PUFF 这样的软件给了很好的设计帮助，最后还要靠 ADS 软件的协调优化功能以达到最佳的设计。另外由于 ADS 软件本身的庞大，学习相对困难，建议多查查软件中的 help 文档，里面的查找功能非常的强大，基本上在 ADS 上遇到的问题都可以从帮助里面找到答案。