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1、 Ansoft Designer 微带低通滤波器设计原理 1 说 明 nAsoft designer中的滤波器设计功能可以实现低通 高通 带通 带阻滤波器的设计 实现方式可以有 微带线 同轴线 理想集总参数电路 理想分布参 数电路 含有单位元件的电路等形式 逼近函数可 以选用车比雪夫函数 贝赛尔函数 椭圆函数等 这里将要介绍的是用车比雪夫多项式逼近的微带低 通滤波器的设计 其它滤波器的设计方法可依此得 出 2 创 建 项 目 3 在file save as中把 该项目另存为ms lp 点击该图标 新建一个项目 打开滤波器设计工具 4 点击该图标 或者从 Project insert filte
2、r design 进入滤波器设计窗口 设计完成后将直接在项目下建立一个顶端文件 该文件不属于任何的父文件 为独立设计 滤波器设计属性 1 5 Passband中可选择滤波器通带类型 Topology中可选则滤波器的布局方式 对于低通滤波器其布局方式有 理想集总 理想分布 含有单位元件的集总 含有单位元件的分布 分支线传输线结构 高低阻抗线以及宽带低通结构 我们选用高低阻抗线设计 葡萄串或者糖葫芦式 Approximation中包含了可选用逼近函数 通常我们选用车比雪夫多项式 Chebysheve 在Prorotype中提供了两种设计方式 固定传输线的特性阻抗 设计传输线长度 固定传输线电长度
3、设计其特性阻抗 在实际 设计中常常是固定了传输线的特性阻抗进行设计 Technology中可以选择滤波器的实现方式 对于我们的设计 有下列方式可供选择 理想传输线 带状线 微带线 悬置微带线 矩形棒 中心导带为圆棒的带状线和同轴线 点击Next 滤波器设计属性 2 6 点击该图标查看滤波器平面图 点击该图标查看说明文档 点击该图标查看原理图 点击该键打开软件 自带的设计例子 点击该键打开 以前的设计 点击该键改变设 计中用到的单位 在该选项中改变设计初始值以及设计目标 在这里可以设置设计中的Q值 在设计的时候往往不需要改 变默认值 而直接进行设计 点击NEXT 滤波器规格设置 7 如图输入规格
4、数据 在窗口的右边部分可 以查看该数据的理论设计结果 Order为滤波器节数 Ripple为理论带内 损耗 Fp1为带边频 Source Load Rs为 源 负载的特性阻抗值 常用50ohms Elect Lng为电长度 High Low Zo为高 低阻抗线特性阻抗 注意选择Optimize passband corner 该项确保设计结果最接近所需要的结果 设计结果并不能总是完全符合设置的要求 比如带边频不能正好是在2Ghz上 这就需要 用户在设计中调整 或者重新设定f1 点击NEXT 结构属性设置 8 在结构属性设置窗口中 可以 设定所选用的结构 这里是微 带线 参数 这些参数包括 介质
5、板的介电常数 介质板厚 度 金属导带厚度 滤波器腔 体高度以及前面设置的带边频 如图输入数据 可见在VARIABLES中W1 0 5004mm W2 10 03mm 这是高低阻抗线的宽度 另外有一项W3 0 3878mm为高阻线宽度 就是 说在所设计的滤波器中有两种宽度的高阻线 当结构属性改变时 高低阻抗线的宽度也将随之改变 若要得到满足要求 的宽度 可在前一步的规格设置中重新设置高低阻抗线的特性阻抗 直到 满足要求为止 点击Next 设 置 完 成 9 设置完成后将出现此窗口 在窗口的左 部分有两排图标 其中左边一排分别是 原理图 波形图 平面视图 文本说 明 元件特性 元件参数 长度 耦
6、合线参数 本例中没有耦合线 查看原理图时 右边竖排图标才有意义 其作用分别为 在原理图上不显示任何数 据 显示参数类型 显示参数数值 显示 数值以及单位 同时显示参数类型数值和 单位 点击 完成 把原理图转换成结构图 10 点击该图标把原理图转换成物理参数电路 可从filter export physical circuit进入 点击该图标把原理图转换成理想参数电路 可从filter export physical circuit进入 我们这里把原理图转换成物理电路 注意 有些原理图是不能转换成物理模型的 在设计时应当注意 这种情况可能发生于 1 设置错误 在设定高 低阻抗值时 本软件对于一个
7、特定的 结构有高阻上限和低阻下限 超过限制的设置将出现错误 2 软件本身不支持该结构的物理模型 这是无法根改的 对 于这些模型用户只能得到其理想结构 这时候物理模型图标变为灰色 错误设置示例 11 错误提示栏 在这里我们把高阻线的阻抗 值设为250ohms则在结构设 置窗口中将出现错误提示 因为此时的高阻线已经超出 了该结构的上限 此时VARIABLES中显示的 变量数值是不准确的 调 整 电 路 1 12 右键点击项目窗口中的电路图标 在下拉列表中选择Rename 把电路重命名为ms lp 点击该图标 将显示电路的平面版图 请随时保存文件 调 整 电 路 2 13 可见所得到的物理结构并不是
8、我们实际设计中的结构 因此我们要对版图进行调整 以符合实际的电路结构 左键该图标切换到平面版图模式 调 整 电 路 3 14 我们先来看看电路中阻抗 变换器的结构 在元件属 性中点击Info 的Value 就可以打开该元件的说明 这里的D在电路中为w3 0mm 我们只要把w3设为一个合适的 数值 以使高阻线的位置在低 阻线位置的中间就可以了 我 们令w3 4 75mm 调 整 电 路 4 15 另外 我们还要在滤波器两端各接上一段 50ohms的微带线 以保证端口匹配 如图 选中的元件 其中阻抗变换器w1 w1 w2 w0 2mm w3 4 75mm 50ohms线 的w w0 p 5mm C
9、ircuit design properties local variable 设置变量的值 调 整 电 路 5 16 点击该图标把版图重新排列 可见 更改后的结构符合实际设计要求 运算 创建报告 1 17 左键该图标进行运算 左键该图标绘制直角坐标系下的曲线 请随时保存文件 创建报告 2 18 选择S Parameter 在 Quantity中选择S11和S12 Function选择dB点击Add Trace Done完成 查 看 报 告 1 19 曲线图中右键点击任意位置 在 弹出的菜单中选则Data Marker 对曲线进行标点 查 看 报 告 2 20 移动指针的位置或者用键盘的方向键
10、 移动标点的位置 在需要加标点的地 方 点击鼠标 加入标点 用键盘的 上 下方向键选择曲线 最多可加入5 个标点 标点的数值将在曲线图的下方显 示 可见该设计的带边频为 2 16Ghz 同时还有该设计的带 外抑制 谐波以及回波情况 因为我们在前面已经对电路进行了 一些修改 所得的波形与设计波形 有较大偏差 带边频明显偏高 因 此我们需要对电路优化和调试 查看设计参数 21 点击菜单中的circuit 选择 Design Prorerties 弹出图 中的属性对话框 在Local 对话框中 选择 Value 改变w1 0 5mm w2 10mm w4 0 4mm 以满足结构参数 优 化 设 置
11、1 22 选择Optimization选项 把 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7设为优化变量 点击 确定 优 化 设 置 2 23 点击该图标弹出优化窗口 点击Add添加优化 点击Delete删除选定的优化 点击这里添加优化函数 点击这里添加优化范围 点击这里添加优化目标和权重 所有的需要输入的内容都可以在 相应栏中直接输入 如图设置优化参数 点击 确定 开 始 优 化 24 在项目管理窗口中右键点击 optimizationsetup1选择 Analyze 开始优化 请随时保存文件 查看优化结果 25 在优化过程中 曲线将随之变化 对比优化前后的曲线图 可见 优化后的结果也 不理想
12、因此 有必要对设计进行手动调节 参 数 调 节 1 26 在元件属性对话框中 选 中p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7作为调试变量 参 数 调 节 2 27 点击该图标 弹出下图所示的对 话框 该对话框中列出了上一步 设置为可调试调试的所有变量 调节每个变量对应的滑块位置或者直接在中间的数 据栏中输入数值 点击对话框左部分的Tune就可以 调试 调试结果将在曲线图即时显示 每个参量对话框中的上下数据栏里的数据分别为调 试的上下限 可在元件属性列表里改变 也可以在 这里改变 这里改变的数值将不改变元件属性列表 里的上下限 调 试 结 果 28 调试后的参数为 P1 3 3mm p2 4 1
13、mm p3 12 1mm p4 6 2mm p5 12 6mm p6 6 7mm p7 12 9mm 注意 调试结果因人而异 没有准确的标准 经过调试以后 仿真波形满足设计要求 请随时保存文件 查 看 数 据 29 打开Circuit Design Properties 可打元件属性列表 可查看最终的元 件参数值 同轴低通滤波器的设计 30 n 滤波器指标 f0 2GHZ IL14 534884 5 500 按照新阻抗设计低通 41 重新设置高低阻抗分别为 500 14 534884 完成设计 42 转换电路结构 可以看到转换后得的电 路特性阻抗满足我们的要求 第一段为 5 低阻线第二段为17
14、2 高阻线 电路实现 43 把原理图转换成电路图 得到以上结构 注意 同轴线的结构不能转换成物 理结构电路图 但前面的设计根据物理结构得出特性阻抗 该阻抗值即对应 同轴线实际尺寸 因此不需要考虑具体的结构 只需要得到对应的高低阻抗 线长度就可以了 查看波形 44 可见该设计的结果已经可以满足电器指标 用参数调节改变参数大小使每节的长度 可实现 并且保证总长不超过要求 当电器指标已经高于所希望的指标 则可以 考虑减少节数 以缩短总长 同样也可以放 宽带边频达到缩短总长的目的 调节结果 45 调节后的波形如下 在这里把带边频提高到 2 24GHZ并且在3GHZ处抑制为 54 88dB 注意 你用了几节低阻线就应该在波形中 出现几个驻波腔位 这样才能使带外抑制 更理想 本例中使用了7节低阻线 因此 在驻波中可以看到7个腔位 设 计 结 束 46
