《实验四微带线带通滤波器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验四微带线带通滤波器设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验四：基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计与仿真一、实验原理 滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件，在微波电路系统中，滤波器的性能对 电路的性能指标有很大的影响，微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，在 微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。平行耦合微带线带通 滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。1、滤波器的介绍 滤波波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。射频 滤波器又可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。滤波的性能指标： 频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限 通带衰减：滤波器残存的
2、反射以及滤波器元件的损耗引起 阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值 寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带外又产生新的通带2、平行耦合微带线滤波器的理论当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平行耦合微带传输线由两个无屏蔽 的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有 功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常 用的分布参数带通滤波器。当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功 率耦合，这
3、种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电 感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L,微带线的宽度为W,微 带线之间的距离为S,偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特 性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。2-3 匸 r3-4 r丼圭茁2d J 二、耦合微带线滤波器的设计的流程1、确定滤波器指标2、计算查表确定滤波器级数 N3、确定标准滤波器参数4、计算传输线奇偶模特性阻抗5、计算微带线尺寸6、仿真7、优化再仿真得到波形图设计参数要求：（1）中
4、心频率：2.4GHz；（2）相对带宽： 9%；(3) 带内波纹：0.5dB；(4) 在频率 1.9GHz 和 2.9GHz 处，衰减20dB；(5) 输入输出阻抗：50Qo三、 具体设计步骤 第一步：先用设计向导设计原理图：(1)打开ADS窗口，建立工程(2)在原理图窗口中的工具栏中选择【DesignGuide】一【Filter】一【Filter ControlWindow】单击确定后，弹出向导设计窗口，选择Filter Assistant选项,在窗口中输入Fs1=1.9,Fs2=2.9, Fp1=2.29, Fp2=2.5, Ap=0.2, As=24.6，得到所需要的波形以及阶数 N=3把
5、参数要求输进去得到原理图：1LH-dtr Of)| OrarTi trr Filter issiatojit | Sin-nlatioii Assi stant | Tield Assist ant | Hi spley Xs-sist antdJB.11 cquu- Hininroji IiLSrtiom. Lo . 口口口口Fsl Fpl TpE FsZ Vni 5L 92. Z9 |2. 5|z. B 11GHz V0.2Dvder3Des j Jl IxlIoriist j onEesp-DTise Tjt-cf- I rtf l-aric 4 =ELl Z41 j mg Ug KLL
6、 血Hwinlly Flit.5050First Elm mtI urrped E amert Band Pass Filler Design AssistantNeedHeip? Pleast seethe 旳propriaieDesignGuideUserManual闻-汕-WR1Pa-ameter1.9 GH;#2.20 GHz#2.5 GHz#2.9 GHz#U 2 dBK4.6 dB#3#1#W50 Qhm#90 OhmCJu-Port PI Num=1LL1匸43 5.日日 3404 pHR=1e-12 0hm;ClC=9.1 D9B5B pFLL3L = 405.6034 01
7、pHR=1e-120hmjrtP2Mue=2C=aire056 pF第二步：由生成原理图可以知道用三阶可以实现。 下面计算参数：1、确定下边频和归一化带宽。假设下边频为3 J上变频为3 2、中心频率为3，归一化带宽为：人=(32-31 3，其 中 3 0=2.4GHz,A =9%得到 3 2- 3 1=0.216 GHz 又 3 2+ 3 产4.8 GHz所以31=2.292 GHz32=2.58 GHz(1) 计算低通滤波器原型参数。3阶、带内波纹小于0.5dB的切比雪夫滤波器原型 参数通过查表得 g1=1.5963 ；g2=1.0967 ； g3=1.5963(2) 计算每节奇偶模的特性阻
8、抗，滤波器需要 4 节耦合微带线连级，由以下公式计算节偶模特性 阻抗奇模特性 阻抗169.339.5255.945.2355.945.2469.339.5系统阻抗50说明：上表的阻抗单位都为欧姆，导体带的导体带的宽度、导体带的间隔藕合线的长度单位都 为mm,相移角表示计算微带线的时候为90度。 四、设计平行耦合微带线带通滤波器原理图( 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度单位。2)利用 ADS 的计算工具 tools
9、完成对微带滤波器的计算ADS软件中的工具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抗，可以计算平行耦 合微带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-【LineCalc】-【Start LineCalc】命令，弹出【LineCalc】 计算窗口。如图示。设置所需参数。在【LineCalc】计算窗口选择如下： Er=2.7，表示微带线基板的相对介电常数为2.7
10、。 Mur=1，表示微带线的相对磁导率为1。H=lmm，表示微带线基板的厚度为1mm。 Hu=1.0e+033,表示微带线的封装高度为1.0e+033。 T=0.05mm，表示微带线的导体厚度为0.05mm。 Cond=5.8E+7,表示微带线导体的电导率为5.8E+7。 TanD=0.0003，表示微带线的损耗角正切为0.0003. Freq=2.4GHZ，表示计算时采用的频率为2.4GHZ. ze,表示计算时偶模的特性阻抗。Z。，表示计算时奇模的特性阻抗。 这样通过计算工具可以依次算出微带线的尺寸节偶模特性 阻抗奇模特性 阻抗相移导体带的宽 度导体带的 间隔藕合线的 长度169.339.5
11、902.262190.2710121.4913255.945.2902.57011.2401321.0792355.945.2902.57011.2401321.0792469.339.5902.262190.2710121.4913系统阻抗502.63320.99493）设计微带线原理图a、在原理图的元件面板列表中，选择微带线【TLines-Microstrip】，元件面板上出现 与微带线对应的元件图标。b、在微带线元件面板上选择Mcfil, 4次插入原理图的画图区，Mcfil是一段长度的 平行耦合微带线，可以设置这段平行耦合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
12、Mcfil,将4个Mcfil的数值根据列表中的数值设置，如图所示。c、在微带线元件面板上选择MLIN,两次插入原理图的画图区，MLIN是一段长度 的微带线，可以设置这段微带线的宽度W和长度L。分别双击可以设置。选择S参数仿 真元件面板，在元件面板上选择负载终端Term，两次插入原理图，再插入两次地线，完 成连线如下图e42.fi37min -右心-亠onm. . W七3、.：霊專嚣丁羯船U PNum=2Ohn；I谢融卷；宓= 5ub5t=M5ijbi .SubMSubiUir . w=z -CE1c -nni w2.S33B7mni5=2.2710131-?- L=?1.491 ?（4）原理图
13、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=1.5GHz, stop=3.5GHz, step=2.0MHzS P aramSP1-Start=1.5 GHz-Stop=3.SGHz.Step=20.WHz仿真后波形如下：m2freq= 2.300GHz dB(S(2,1)0.560m3freq= 2.500GHz ldB(S(2,1)=10.817mlfreq= 2.4
14、00GHz dB(S(2,1)= 0.646m4freq= 1.900GHz dB(S(2,1)=42.115m5freq= 2.900GHz dB(S(2J)=39.476序号频率dB(S(21)Ml2.4GHz-0.646M22.3GHz-0.56M32.5GHz-10.817M41.9GHz-42.115M52.9GHz-39.476有上表中看出，虽然在 2.9GH 和 1.9GHz 时满足要求，但在中心频率 2.4GHz 偏移了，而且通带 的上限频率和下限频率都不满足，带内波纹也不满足。所以要进行优化：（5）原理图优化修改平行微带线段的取值方式，将平行耦合微带线段的导体带宽度W、两个导体带 的间隔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VAR，弹出【Variables and Equations】对话框，在对话框中对变量wl、si、11、 w2、s2、12 的范围进行设置 w1(1 to 3) w2(1 to 4) s1(0.2 to 0.5) s2(0.7 to 1.5) 11(20 to 30) 12(20 to 30
