低通滤波器报告.docx

1、低通滤波器报告 课程设计题 目 低通微带阶梯阻抗滤波器的设计 学生姓名 学号 1113014139 所在院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 电子1104 指导教师 聂翔 完成地点 博远楼计算机实验室 2014年12月25日 1.引言 - 1 -2. ADS简介 - 1 -3. 微波滤波器介绍 - 1 -3.1 微波滤波器概述 - 1 -3.2 滤波器的主要参数（Definitions） - 1 - 3.3滤波器的衰减特性 - 3 -4 低通微带阶梯阻抗滤波器设计 - 3 -4.1 短传输线段的近似等效电路 - 3 -4.2低通微带阶梯阻抗滤波器的设计指标 - 4 -4.3低通微带阶梯阻抗滤

2、波器的设计步骤 - 4 -5.原理图仿真与优化 - 9 -6生成阶梯阻抗低通滤波器版图 - 14 -7.版图仿真 - 15 -8结论及总结 - 16 -参考文献： - 17 -1.引言当频率不高时，集总元件滤波器工作良好，但当 频率达到或接近 GHz时 ，滤波器通常由分布参数元 件构成 ，这是由于两个原因造成的，其一是频率高时 电感和电容应选的元件值过小 ，由于寄生参数的影 响 ，如此小的电感和电容 已经不能再使用集总参数 元件 ，其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺 寸相近，滤波器元件之间的距离不可忽视，需要考虑 分布参数效应。 分布参数滤波器 的种类很多，本文讨论的分布 参数低通滤波器采

3、用微带短截线实现 ，本文将给出 由集总元件低通滤波器变换为分布参数低通滤波器 的方法 ，并采用 ADS软件对微带低通滤波器进行仿 真，给出符合技术指标的微带低通滤波器版图。 2. ADS简介 ADS(Advanced Design System)，是美国安捷伦(Agilent)公司推出的一套电子设计自动化软件，它的功能十分强大，仿真手段丰富多样，包含时域电路仿真、频域电路仿真、三维电磁仿真、通信系统仿真以及数字信号处理仿真设计等等，并能够对设计结果进行成品率的分析与优化，很大程度地提高了复杂电路的设计效率，是一款非常优秀的微波电路、系统信号链路的设计工具。3. 微波滤波器介绍 3.1 微波滤波

4、器概述在微波波段的滤波器可以通过多种方式来实现，包括同轴线，波导，介质谐振器，微带线等。在平面电路中最常用的是微带型滤波器，微带线滤波器具有小尺寸，用光刻技术易于加工易与其他有源电路元件(如MMIC)集在一起；另外，它能通过采用不同的衬底材料在很大的频率范围内(从几MHz到几十GHz)应用。下面是几种常见结构的滤波器：平行耦合微带线滤波器、交指型滤波器、发夹型滤波器。其中半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式，其结构紧凑，第二寄生通带的中心频率位于主通中心频率的3倍处，适应频率范围大、，适用于宽带滤波器时相对带宽达20。其缺点为插损较大，同时，谐振器在一个方向依

5、次摆开，造成滤器在一个方向上占用了较大空间。 3.2 滤波器的主要参数（Definitions） 中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。截止频率（Cutoff Frequency）：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。通带带宽（BWxdB）：指需要通过的频谱宽度，BW

6、xdB=（f2-f1）。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准，下降X（dB）处对应的左、右边频点。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征滤波器通带带宽参数。分数带宽（fractional bandwidth）=BW3dB/f0100%，也常用来表征滤波器通带带宽。插入损耗（Insertion Loss）：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。带内波动（Passband Riplpe）：通带内

7、插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。带内驻波比（VSWR）：衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1：1，失配时VSWR1。对于一个实际的滤波器而言，满足VSWR在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Vmax ，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。驻波比是驻波波腹处的电压幅值Vmax与波节处的电压幅值Vmin之比。回波损耗（Return Loss）：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝（dB）数，也等于|20Lo

8、g10|，为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。回波损耗，又称为反射损耗。是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射。 从数学角度看，回波损耗为-10 lg (反射功率)/(入射功率)。 回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。阻带抑制度：衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法：一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB，计算方法为fs处衰减量As-IL；另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标矩形系数（KxdB【Update Optimization Values】命令，将优化后的值

9、保存在原理图中，优化后的电路元件值如下。=435.636 = 10.42 =6.77 =5.59 =5.151（13）仿真结束后，数据显示视窗自动弹出。在数据显示视窗用矩形图表示曲线，矩形图横轴为频率范围，纵轴是用分贝（dB）表示的。单击工具栏中的Marker按钮，在曲线3GHz和6GHz处各插入个标记，插入标记的曲线如图11所示。 图11 低通滤波器原理图优化数据6生成阶梯阻抗低通滤波器版图 （1）在原理图视窗上，去掉阶梯阻抗低通滤波器两个端口的Term、接地和优化控件，不让它们出现在生成的班图中，去掉的方法是单击原理图工具栏中的【Deactive or Active Component】按钮，然后单击两个端口的Term、接地、和优化控件，若Term、接地、优化控件打了红叉，表示已经关掉，这是阶梯阻抗低通滤波器如图12所示。图12 去掉Term、接地和优化控件的原理图（2）选择原理图上的【Layout】菜单【Generate/Update Layout】，弹出【Generate/Update Layout】设置窗口，单击窗口上的【OK】按钮。默认它的设