《基于ADS的微带滤波器设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ADS的微带滤波器设计.doc（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、分类号 编号烟 台 大 学毕 业 论 文（设 计）基于ADS的微带滤波器设计申请学位： 工科学士学位 院 系： 光电信息科学与技术学院 专 业： 电子信息工程 姓 名： 曹瑞明 学 号： 200813503302指导老师：朱荷艳2012年5月20日烟台大学【摘要】滤波器是最基本的信号处理器。滤波器的主要特性包括低通、高通、带通、带阻衰减。而微带滤波器则是一类被大量设计使用的微波滤波器。别的型号的滤波器一般都可以在低通滤波器的原型上转化过来。微带电路拥有频带比较宽，体积较小质量轻等较多的长处。本篇论文重点是论述使用被大量应用的切比雪夫带通滤波器去完成既定的滤波器设计要求，利用微波设计软件ADS全
2、局优化设计 并结合实用的解决方案对带外抑制和插入损耗进行优化设计，最终得到比较理想的带通滤波器。重点阐述ADS 设计流程中的参数优化、器件仿真、矩量法分析等相关内容。关键词 微带带通滤波器; 结构仿真; ADSAbstract: This paper introduces a design of low noise amplifier by using the ADS simulator method.The overall first elaborated the low noise amplifier main technical and performance indicators, o
3、n the basis of low noise amplifier of indicators to synchronous circuit design, optimization and ADS simulation, finally causes the low noise amplifier design results meet the design initial expectations, and success completion of the low noise amplifier circuit design.Key words：low noise amplifier；
4、receiver；noise figure；matching network.目录第一章 绪论61.1 微带滤波器简介71.2 微带滤波器的主要技术指标7第二章 ADS102.1 ADS简介102.2 ADS的仿真功能102.2.1 ADS的仿真设计方法102.2.2 ADS的设计辅助功能122.2.3 ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接122.2.4 结论13第三章 低噪声放大器设计仿真及优化143.1 低噪声放大器性能指标143.2 低噪声放大器的仿真设计143.2.1 选择合适的器件143.2.2 晶体管S 参数的测量并确定工作点153.2.3 低噪管稳定性的判断183.2.4 匹
5、配网络的设计193.2.5 单级放大器的优化223.2.6 两级级联放大器的优化263.2.7 电路容差分析30第四章 总结32致谢33第一章 绪论我们利用微波滤波器只让频率正确的的信号通过阻碍频率不同的信号的特性来区分信号。滤波器的性能对微波电路系统的性能指标有很大的影响，因此设计微波电路系统时设计出具有高性能的滤波器很重要。微带电路在微波电路系统应用广泛路。具有个体，质量轻、频带分布宽等特点，其中用微带做滤波器是其主要应用之一，微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而别的滤波器可以通过低通滤波器为原型转化过来。其中最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。因此本节
6、将重点研究如何 设计并优化微带滤波器1.1 微带滤波器简介滤波器是一个的二端口网络，对频率适合的信号进行传输，对频率不匹配的信号进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤。典型的频率响应包括低通、高通、带通、带阻衰减。如图1-1所示. 还可以从不同角度对滤波器进行分类：(1)按功能分，低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器，可调滤波器。(2)按用的元件分，集总参数滤波器，分布参数滤波器，无源滤波器，有源滤波器，晶体滤波器，声表面波滤波器，等。图1-11.2微带滤波器的主要参数（1）中心频率：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
7、器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。（2）截止频率：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。（3）通带带宽：指需要通过的频谱宽度，BWxdB=（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=BW3dB/f0100%，（4）纹波：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。（5）带内波动：通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB
8、。（6）带内驻波比：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VSWR1.5：1的带宽一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。（7）回波损耗：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝（dB）数，也等于|20Log10|，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。（8）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。第二章 ADS2.1 ADS简介ADS 全名Advanced Design System，由安捷伦推出，是当今业界最流行的微波
9、射频电路、通信系统、RFIC设计软件；也是国内高校、科研院所使用最多的软件。可以实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真分析。并进行成品率分析与优化，提升了电路的设计效率，是一款好用的的微波射频电路、系统信号链路的设计工具。2.2 ADS的仿真功能Ads有着非常强大的仿真能力，可以进直交流仿真，s参数仿真，谐波平衡增益压缩电路包络预算电磁仿真等，这些仿真可以进行现行非线性仿真，电路仿真，频域时域仿真等。1线性分析线性分析可以对线性非线性电路进行线性分析，主要是对频域、小信号电路进行仿真分析。2高频spice瞬态分析高频spice瞬态分析分析电路的瞬间响应属于时域仿真分析。3
10、电路包络分析电路包络分析可以将高频调制信号分解为时域和频域两个部分进行处理。4谐波平衡和增益压缩分析谐波平衡和增益压缩分析是频域打信号非线性稳态电路的仿真分析方法。 第三章 基于ADS的微带滤波器设计3.1微带滤波器的设计本小节设计一个微带低通滤波器，滤波器的指标如下：通带截止频率：3GHz。通带增益：大于-5dB，主要由滤波器的S21参数确定。阻带增益：在4.5GHz以上小于-48dB，也主要由滤波器的S21参数确定。通带反射系数：小于-22dB，由滤波器的S11参数确定。在 进行设计时，我们主要是以滤波器的S参数作为优化目标。S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及增益、衰减
11、全都表现在S21(S12)随 频率变化的曲线上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。了解了滤波器的设计原理以及设计指标后，下面开始设计微带低通滤波器。4.1建立工程新 建工程，选择【File】【New Project】，系统出现新建工程对话框。在name栏中输入工程名：microstrip_filter，并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard：Length unitmillimet，默认单位为mm，如图12.2所示。单击OK，完成新建工程，此时原理图设计窗口会
12、自动打开。4.2原理图和电路参数设计工程文件创立完毕后，下面介绍微带低通滤波器的原理图设计过程。1）在原理图设计窗口中选择TLines-Microstrip元件面板列表，窗口左侧的工具栏变为如图12.3所示。并选择6个MLIN、5个MLOC、1个MSUB按照图12-4所示的方式连接起来。2）设置图12-4中的控件MSUB微带线参数H:基板厚度(0.1 mm)Er:基板相对介电常数(2.16)Mur:磁导率(1)Cond:金属电导率(6.14E+7)Hu:封装高度(1.0e+33 mm)T:金属层厚度(0.001 mm)TanD:损耗角正切(1e-3)Roungh:表面粗糙度(0 mm)完成设置
13、的MSUB控件如图12.5所示。3）滤波器两端的引出线是50 Ohm的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具算出。选择【Tools】【LineCalc】【Start LineCalc】命令。在打开的窗口中输入如图12-6所示的内容。在Substrate Parameters栏中填入与MSUB相同的微带线参数。在Component Parameters栏中填入中心频率（本例为3.0GHz）。Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟，点击Synthesize和Analyze栏中的和箭头，可以进行W、L与Z0、E_
14、Eff间的相互换算。本例中Z0为50Ohm，E_Eff为45deg，W为0.31008mm，L为9.18284mm。另外打开的一个窗口显示当前运算状态以及错误信息，如图12.7所示。3.2 低噪声放大器的仿真设计 3.2.1 选择合适的器件选择适用于工作频率且具有可接受的增益和噪声系数的BJT、JEFT 和MESFET。工作频率在6GHz 以下时，大多使用双极晶体管；工作频率在6GHz以上时，大多选用场效应晶体管。而且，一般晶体管的截至频率不小于2-3倍的工作频率。低噪声放大器需要更高的截至频率。选取NEC 公司生产的NE3210S01 N 沟道HJFET，它的性能如图1所示，增益在24GHz 的频宽内在18dB 以上，噪声系数低于0.5dB，符合低噪声放大器的设计指标。查到在特定偏置下的所选取晶体管的每个工作点的S 参数，选取合适的工作点，来设计电路原理图中的偏置电路。合适且稳定的工作点决定晶体管的动态范围并保证低噪声放大器不出现平顶失真，而且直接影响放大器的高频稳定性，本文选择典型的静态工作点VDS2.0V，ID10MA 。图1-NE3210S01 的S 参数以及增益、噪声特性 3.2.2 测量晶体管的S参数及确定工作点 在需要的频带内通过ADS的S参数
