切比雪夫带通滤波器.docx

1、切比雪夫带通滤波器题 目学生姓名所在院（系）专业班级指导教师完成地点课程设计切比雪夫带通滤波器的设计学号物理与电信工程学院电子1104聂翔博远楼计算机实验室2014年1月08日摘要无论微波滤波器在卫星通信、雷达技术、电子对抗及微波测量仪器中都有广泛的应用。是发射机还是接收机，都需要选择特定频率的信号进行处理， 滤除其他频率的干扰信号，这就需要使用滤波电路来分离有用信号和干扰信号。 切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦， 切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小。本文借助 ADS2008仿真软件，设计出一种切比雪夫带通滤波器,简化了设计步

2、骤，节省了设计时间。关键字：ADS软件 带通滤波器 切比雪夫1 设计方法与参数3.1.1 将带通原型参数变换为低通原型参数；3.1.2 参数计算.4.2 软件仿真.4.2.1 创建项目.4.2.2 利用 ADS 的计算工具 tools 完成对微带滤波器的计算5.2.3 设计原理图.7.2.4 原理图仿真.8.2.5 原理图优化.1.02.6 版图生成与仿真.1.53 设计心得：1.6.参考文献1.7.1设计方法与参数设计带通滤波器的方法有很多种， 但最为产检的是低通原型滤波器综合法和数值法,两种方法与设计师多种可能解决方案之间的抉择紧密关联。相对与巴特沃兹滤波器， 切比雪夫滤波器具有的较窄的过

3、渡带， 但这是以牺牲滤波器通带和阻带的波纹性换来的。主要的技术指标:(1 )中心频率f0:2.5GHz;(中心频率f0 Jff , fh、fl分别为带通滤波器的上、下边界频率。）(2)输入输出阻抗：50带内波动：3dB;（通带内插入损耗随频率的变化量）相对带宽：20%;（信号带宽与中心频率之比）由低通原型滤波器变换为带通滤波器的公式为:下边界频率。BW其中fo f 匚为带通滤波器中心频率，fh、fl分别为带通滤波器的上、 为滤波器的带宽BW= fh - fl o依据切比雪夫低通滤波器原型的归一化元件值可得:3阶带通滤波器元件值依次为:g0=1.0、g1=1.5963 、g2=1.0967 、g

4、3=1.5963 、g4=1.0 o1.2参数计算使用归一化设计参数 g1-g4和归一化带宽BW可以得到通带滤波器的设计参数Jn,n 1Z0 2jgngn 1BW由上式的通带电路设计参数可以得到奇模和偶模特征阻抗，其值为:ZO |i,i 1 Z0 1 Z0 Ji,i 1Z0 Ji,i 1ZE |i,i 1 Z0 1 Z0Ji,i 12Z0 Ji,i 1式中Z0为特征阻抗，取值为50将g0=1.0、g1=1.5963 、g2=1.0967、g3=1.5963、g4=1.0带入上述式中依次得到:J0,1 =0.0140、J1,2 =0.0119、J2,3 =0.0119、J3,4 =0.0140解

5、出特征阻抗为:奇模：Zo |o,1 =39.50、Zo 1,2 =37.95、Z。2,3 =37.95、Z。Isa =39.50偶模：ZE |0,1 =109.50、Ze 1x2=97.45、ZE |2,3 =97.45、ZE |3,4 =109.502软件仿真2.1创建项目启动ADS软件，弹出主视窗。选择主视窗中的【 file】菜单-【new project】，弹出【new project】对话框，在【new project】对话框输入项目名称和这个项目默认的长Newf Design汩Ham eT/pe NetworkfiS Analoe/KF Network (_) Digital Sig

6、nal rroceasiffetiorkCreate Few Design in：通fl CurrtTit Q Nwv Seh绅讥ic Hi诃刖二Naw Layoiit WiridwDesien Content回 ScKematic tfiiirdSchfima+i c Dssign Ttmplktss (Dpticnal)SonQ 7Dasign Tfichndliigy Files：ADS Standard： Lsnth imitmillimtttrHelp-I I Stt as prsj Sit dtfg忙度单位。2.2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

7、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抗，可以计算平行耦合微带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-【Lin eCalc】-【Start Lin eCalc】命令，弹出【Lin eCalc】计算窗口。如图示。世 UnflCak/urtitl&dF3e 計 FLkdtkm Optbri Tep设置所需参数。在【Lin eCalc】计算窗口选择如下:

8、Mur=1 ，表示微带线的相对磁导率为H=1mm ，表示微带线基板的厚度为 1mmZe,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。2.3 设计原理图在原理图的元件面板列表中，选择【 TLines-Microstrip 】，元件面板上出现对应的元 件图标。在元件面板上选择 Mcfil ， 4 次插入原理图的画图区，可以设置这段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的数值根完成连线如下图S. 玄！ 訐匕S事苗聲7 寺一 fbsnmNIIHlw 皐i 召尋=03fEm屉密m 叵BS住si 口ESSL- T妙-普這rg常芯裔：

9、-S痛室書.K a s MT4O 聲雲邕习 it s- - nr -sis -皐畠塁 衣一& -害曽二才1 一 邕気詈豈嘗rI 色菖3 3蛊8-莒更M-恳治冒UnsFT F 訂- -玉覺昌尊 佥矣宇 -套二it -E气酋空 -寻虽卓. i空-2.4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=1.0GHz ，stop=4GHz ， step=20MHzS_ParamS

10、PlStart=1.0 GHzStop=4 GHz Step=20 MHz仿真后波形如下mlrnsq=1.940GH2 aB(S(2 J )7571nn3freq=2.440GHz nfl2rreq=2.900GHz dB(S(2)二 0.5 飞2.530 3.5 4.01.0 1.5 2 0(Lzsgpfreq, GHz序号频率dB(S(2 ,1)M11.940GHz0.571M22.900GHz0.579M32.440GHz0.530从图中得中心频率为 2.44，出现偏移，且通带带宽太大，带内纹波和衰减不满足要求,所以要进行优化。2.5原理图优化W、两个导体带的修改平行微带线段的取值方式，

11、将平行耦合微带线段的导体带宽度间隔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w1、s1、11、w2、VAR，弹出【Variables and Equations】对话框，在对话框中对变量 s2、12的范围进行设置得到 VAR1 w1=2.026219t)o)W2-2.5701 toS1 =0.2710152=1,240136 t ) il=21.4913-to 12=21.0792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

12、100次OPTIMOptimiOptim 1Optim Type-Random UseAIIGoals-yes Maxlters=100- SaveCuiTentEF=no -DesiredErrDr=O,0 StatusLevell=4 FinalAnalysi s=N oneSlormalizeGoals=no S etBe stValu ea=yes Seed二 SafiSolns=yes SayeGoals=yesk * # I I I I h h i iSaveOpti inVars=noUpdate Datas et=yes SajeNomjnal-no SafiAHIterati

13、ons=no JseAIIO pft/are=yQS 在原理图中插入 3个目标控件GOAL,双击设置如下GOALGOALgoalCi 5 . -.OpWnWoallE?ipr=d3(2.f)fSlrn InstenceNarfie-SPl-Min-0 5Max=R*fiS#V#Tll=*Tr,Panc#Minl=2 25GI-tERsfifleMa4ili= TSGHxCr?.OfjtimODaC.Exp 冃tlB(5但.1|广5i miki stain c eMam e=SPll-MfrMflEOWeights angar(1 =q RanoeMinlJ=l,SSQl-ti Range 9G

14、hi-. 刊 - OptimGoalSExpr=(lB(S(2.1|j SlirriiinstarK eN am e= S叭 Min-Max =20W 说 trl=Rsn.g#Vflr(l=Trsq Rjn.3eMinl1=2 5Q吃RangeMT3T1.9lGHi最后所得的优化原理图为- S - 尙可理3 希耶U :De庄養P 十話言赛零” Sj巫带和 -畫0 - -瞽豊詈 uwasm-悟 BJ嬰与出kic 塞舊詈 U至冠 jls=l1.954 ptltef=OIHQ-io-+a10milfrcq=2 500GHi dBra2,1)=-0 956 optt-er=-0m1 mF 普 2.9D

15、D3HZ taBCS(2,1)=)-57S pptlt6r=Dz/ss *afraq,如上图所示，优化后并不满足设计要求。最后通过工具栏中【Simulate【Tuning】进行调谐。如下图所示:5in jkltUlivzlndt Opt rura |Nt5l4/DLS4blp. . J口 Sr-v S13 Jcr tvn匸ds uic muSLur Jrtei ：li t_y_ .Loitb 灼CEVp4b.t 占走tidh牡 E.亡CioilHtLp得到仿真图如下:fed: idszLLI=zJZwZfd皿2 P0 0000勿yn3I 1旳? RHu: 2.Z0. LiqSi.Kd V21

16、53Z. JUJ *I国二a匚EBSiL J k .司-a画 *lEIawoH 1. a. DM7QliL JUJ2 13阮tp 0. nia.uoe*U 10. uu-w0. LU UC10 3b31 L;n二 Hn T込s J3卜|_Lr.g(1.池” “ 0置m 1freq=2 240(5 Hz dB(寅 2/1)尸0 566rn2freq=2 760 GHz dB 區(2j)Fa470S11 :端口S22 :端口S12 :端口S21 :端口匹配时,匹配时,匹配时,匹配时,对于互易网络，有:对于对称网络，有:iD-10-211-+D-M10freq, G吃1.5 2jD端口端口端口端口的

17、反射系数;的反射系数;到端口 1的反向传输系数;到端口 2的正向传输系数;S12 = S21 ;S11 = S22序号频率Db(S(2,1)M12.240GHz-0.566M22.760GHz-0.470M32.400GHz-3.410M42.500GHz-2.324从上表可以看出:M4为中心频率为2.5GHz在中心，满足技术指标,M1为上边频2.24GHz , M2为下边频2.76GHz，满足技术指标由M2和M3得带内波纹为 2.940dB相对带宽20%满足技术指标（2.24-2.76GHZ ）2.6版图生成与仿真【Ge nerate/U pdate Layout 】设置窗口，单击窗口上的【

18、 OK】按钮。默认它的设置。（3 ）完成版图的生成过程后，版图视窗会自动打开，画图区会显示刚刚生成的版图，如图 所示。原理图中构成滤波器电路的各种微带线元件模型，在版图中已经转化成实际微带线。闻喜 卜0 ts e - 齐咲氓爭:#）言屢 护得罪 百令QiziOA Pk-TtfeWaF . Pw* O i 边 缶、加 k eZ T粘卜同斗制 2 泊一ME* fl严Ia .阳 I訂円h Him人 I UD-!*3- XPrr1 th.（4） 选择版图工具栏上的端口 Port，两次插入版图，输入端口设置为端口 1，输出端口设置为端口 2.（5） 下面设置微带线的基本参数。为了使版图的仿真结果有效，必

19、须使版图中微带线的基本参数与原理图中微带线的基本参数一致。选择版图视窗中的【 Momentum 】菜单Substrate 】【Up date From SchematicSir Jafi 111D ； - CaliBet命令，从原理图视窗得到微带线的基本参数。20%的切比雪夫带通滤波器，并本文以切比雪夫带通滤波器原理为基础，将传统的滤波器设计方法与利用微波电路仿 真工具设计滤波器的方法相结合，设计了一个相对带宽为 给出仿真结果，同时对仿真结果进行了分析。 仿真结果表明利用这种方法设计的切比雪夫带 通滤波器达到了要求的指标，本次的设计是我们在学习 ADS2008的基础上跟同组同学的讨论，设计，遇到问题大家一起解决，也让我学到了与同学之间的合作。本次设计遇到的难题是优化的时候，首先进行自动各个值设计为变量，并输入优化范 围，如果还达不到要求，可以把优化范围扩大，优化次数加大，如果还没达到技术指标，可以进行手动优化，本次我们设计采用自动优化和手动优化相结合。1、徐兴福编著参考文献ADS2008 射频电路与仿真实例 电子工业出版社 2009 p99-139p138-149p129-163.5、王子 宇 王心悦 等译 射 频电路设计-理论 与应用 电子工 业出 社2013.8:p112-182