切比雪夫带通滤波器要点

1、灰曲建N攀洗课程设计题 目切比雪夫带通滤波器的设计学生姓名 学号所在院（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1月08日摘要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。无论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 ADS200防真软件，设计出一种切比雪夫带通滤波器，简 化了设计步骤，节省

2、了设计时间。关键字：ADS软件带通滤波器切比雪夫目录1设计方法与参数31.1 将带通原型参数变换为低通原型参数； 31.2 参数计算32软件仿真42.1 创建项目42.2 利用ADS的计算工具tools完成对微带滤波器的计算 52.3 设计原理图52.4 原理图仿真62.5 原理图优化82.6 版图生成与仿真 123设计心得：13参考文献14151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，这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渡带， 但这是以牺牲滤波器通带和阻带的波纹性换来的。主

3、要的技术指标：(1)中心频率fo：2.5GHz;(中心频率fo =J7hfl, fh、 fi分别为带通滤波器的上、下边界频率。)(2)输入输出阻抗：50夏；(3)带内波动：3dB;(通带内插入损耗随频率的变化量)(4)相对带宽：20%;(信号带宽与中心频率之比)(5)阶数：3阶1.1将带通原型参数变换为低通原型参数；fo由低通原型滤波器变换为带通滤波器的公式为:BW fo其中fo = fT为带通滤波器中心频率，*、分别为带通滤波器的上、下边界频率。BW为滤波器的带宽BW=fh-fl。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

4、=1.0967、g3=1.5963、g4=1.0。1.2参数计算使用归一化设计参数g1-g4和归一化带宽BWT以得到通带滤波器的设计参数Ji,i 1二 BWZ。2gigi 1Jn,n 1二 BWZ0 2 gngnd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 二Z0 1-ZoJi-Z0 Ji,i 1ZeI = Z 1 Z J |i,i i jo i,i 1Zo Ji,i 1式中Z0为特征阻抗，取值为50 c ,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、J* =0.

5、0119、12,3 =0.0119、J3,4 =0.0140解出特征阻抗为：奇模：Zo |。，1=39.50、Zo |,2=37.95、Zob,3=37.95、Zo b,4 =39.50偶模：ZE 10,1=109.50、ZE 1,2 =97.45、ZE |2,3 =97.45、ZE 13A =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度单位。丁 雷New Design:3unti tled4|Type of

6、Network Analog/KF Network 。Digital Signal ProcesEirtig NetworkCreate： Hew Design in： Current Wind。冒 , 1 New Schemati c 邛irudow。N电w Layout WindowDesiContent Schematic WizardSehftihati.e 口些：sign 罡小？1自上电£ COptioiksl<none>VDgsigrt Tftehik&l&gy Files：ADS St皿dard： Length unit-millimeter

7、v Vi ew Dtuils,. project default.OKCancelHelp2.2 利用ADS的计算工具tools完成对微带滤波器的计算ADS软件中白工具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【Line

8、Calc】 计算窗口。如图示。Pf lineCsIc/uretitlwl| n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。Mur=1 ,表示微带线的相对磁导率为1。H=1mm,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

9、性阻抗。Z。，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的数值根据列表中的数值设置，在微带线元件面板上选择 一段长度的微带线，可以设置这段微带线的宽度 参数仿真元件面板，在元件面板上选择负载终端 完成连线如下图MLIN ,两次插入原理图的画图区，MLIN是W和长度L。分别双击可以设置。选择 STerm,两次插入原理图，再插入两次

10、地线，争一£*£ ms号: 直耳提季序尸昌营B三号. 篁害：<2染 L .通iksRSW菖, 空彗一XSL SS 星5-. 也一宣音 寓.S 苍H翠： 1 . 二亘叁-。 - 1字嗜E'一 ：量量5空当.S迨 nn.舌RL白=3 一 一. S*ASC- - lg g- 5渡5蜃邕一 品置sf苴蜜1-4JT-8 -.,S-巨 .惠.富一3言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，选才I S参数仿

11、真控件SP,插入原理图区，又S参数控件设置如下 start=1.0GHz , stop=4GHz , step=20MHz潦 S-PARAMETERSS_ParamSP1Start=1.O GHzStop=4 GHzStep=20 MHz仿真后波形如下mlf req =1,940GHz dBS(2)，= 0.571m3freq =2 440GHz dB(S(2T1)二 0.530m2 freq=2.900GHz dB(S 1)3579(uMmmp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

12、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，在对话中！中对变量 w1、si、11、w2、s2、12 的范围进行设置得到直VAR L VAR1W1 =2.026219 t o w2=2,5701 t ° .51=0.

13、27101 to s2=1.240136 t o 11=21.4913 tQ 12=21 t0792 t o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100次OPTIMOptim*liJLJaL4kOptim 1Optim Type-RandomUseAIIGoals-yes- Maxlters = 100Sa mbCu rre nt E F=noDesiredError=0.0StatusLevel=4FinalAnalysis-fNone,FNorm alizeGoals=noSetBestValues=yesSeed=SaeSolns=yesSaeGoa

14、ls=yesSaveOptimVars=noU pdate Datas et=ye sSaeNominal=noSa®Alllterations=noUseAIIOptVars=yes在原理图中插入 3个目标控件GOAL,Z击设置如下GOALGOALGOAL Gcsil Gaal- GqM - - .OpfimGoall ,Optim Gpai2.Optim Gqal3 .EKpr="dB(S(2!1)"Expr=wdB(Spr1)fBcpr=wdB (3(2.1)"Siml nstanc eNamHSi minstanc &Nam e-'

15、;SPTSI m Instance Nam fi="SPi'Mln=4.5Mfn-Mln=Max=Max=20Max=20. WeightsWeight-. WeightsRa ngeVar1 ="frag"Range Var1 ="fr&q",RangflVar1='1frsq"RangeMin1=2.25GI-izRange Min1=1.g9GHzRangaMin1=2.SGI-kRangeMa41-2.75GHzRangei1=1SGH 工Rang eMax1 =2.91G Hi最后所得的优化原理图为f

16、fl -9 - 叁耳电冒 重静或 .需跟t.Q .1£ 士察里迫一筹. fsEed爸得sj 尊一窗展 后击密E5 由能0M律T 一，叠且母 学要一星-币= 筐登量小童一一史番Ha营汽当ERir Uqs爹一克M S - - -S - .BS. :左津百旨昌S -: =; H .一A弓一 T7-3-看.-8 -.印轻声K -1:B S当 昊3:-C晟- - -一-裹号.-手看邕5二月一 工总：-£i-蓼.2苧- 穹一S.4R : :号1 - H 重« 箸篁出 岂易要 襄舌一醺匕室一 -is.二普昌§s;§一s': - - 1- - , S3

17、, . - H9录咯. - Sff:摹.-离M聋 窟3件善. 尊荐一一曲答一冢m -富超)室国普茅冬.WS一摹一阳堂当F君：白一率三仙送岳蒙重而篁S届器f5E昼. WAW *得式 g-M 五言 L等-1 -矍3七：不-S-一宅有尊芸黄亭 三<亶t交得到仿真的波形图如下,m3田中2.gOCGHz dB(S(2.1)=-0,579 optlter=Cml rre<F2,500GHz g 3留,/二。956m2fre<F2 10CGHZ d 眼2,1)=1954optlter=0Simulate > Tuning进行Tune ParametersF-ar-ameitdirsS

18、na.p SI 1 d.«r tq £t«pTracas and Vu.gUpMt* 3 dli NicClc'E«如上图所示，优化后并不满足设计要求。最后通过工具栏中【 调谐。如下图所示:得到仿真图如下:(二 ESJapfreq, GHzhw. GHzTkOfr劭=? 564GHz d&S(2211= 16,804m7free2 160GHz d峋2可日9.591m2(req=2 240GHz dB(S(2,1)>-0 566m3rreq=2 400GHzdB(S(Z1)=-3.410m4 freq=2.500GH dB(S(Z1

19、)>=-2.324freq =2 76QGHZdB(S(Z1)=-0.470freq. GHlS11:端口 2匹配时，端口 1的反射系数;S22:端口 1匹配时，端口S12:端口 1匹配时，端口S21:端口 2匹配时，端口2的反射系数；2到端口 1的反向传输系数;1到端口 2的正向传输系数;对于互易网络，有：S12=S21;对于对称网络，有：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

20、.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%荫足技术指标(2.24-2.76GHz )2.6版图生成与仿真(1)在原理图视窗上，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，去掉阶梯阻抗带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。(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。口臼曾昌rM 由0£电总%。二£母最会多好跑盘占Q0匚QA* o 士山F力卜1Hs 时舄0(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，必须使版图中