无源器件相关设计与实现-软件仿真

1、无源器件相关设计与实现-软件仿真实验目的实验目的了解微波滤波电路的原理及设计方法。了解微波滤波电路的原理及设计方法。学习使用学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，软件进行微波电路的设计，优化，仿真。仿真。掌握微带滤波器的设计。掌握微带滤波器的设计。实验内容实验内容使用使用ADS软件设计一个微带带通滤波器，并对其参软件设计一个微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真。数进行优化、仿真。根据软件设计的结果绘制电路版图，进行版图的仿根据软件设计的结果绘制电路版图，进行版图的仿真。真。ADS软件软件射频和微波射频和微波EDAEDA软件工具：软件工具：Agilent Agilent 公司公司ADS

2、ADS；Ansoft Ansoft 公司公司HFSSHFSS、DesignerDesigner；Microwave OfficeMicrowave Office； Ansoft SerenadeAnsoft Serenade； CSTCST等等。等等。 ADS ADS(Advanced Design System),(Advanced Design System),包含时域电路仿真包含时域电路仿真 ( (SPICE SPICE -like Simulation)-like Simulation)、频域电路仿真频域电路仿真 ( (Harmonic BalanceHarmonic Balance、

3、Linear Analysis)Linear Analysis)、三维电磁仿真三维电磁仿真 ( (EM Simulation)EM Simulation)、通信系通信系统仿真统仿真( (Communication System Simulation)Communication System Simulation)和数字信号处理和数字信号处理仿真设计（仿真设计（DSPDSP）；）；支持射频和系统设计工程师开发所有类型支持射频和系统设计工程师开发所有类型的的 RFRF设计。设计。主要应用于：射频和微波电路的设计，通信系统的设计，主要应用于：射频和微波电路的设计，通信系统的设计，RFIC RFIC

4、设计，设计，DSP DSP 设计和向量仿真。设计和向量仿真。ADS软件软件ADSADS仿真分析方法包括：仿真分析方法包括： 高频高频SPICESPICE分析和卷积分析分析和卷积分析 线性分析线性分析 谐波平衡分析谐波平衡分析 电路包络分析电路包络分析 射频系统分析射频系统分析 电磁仿真分析电磁仿真分析ADS软件软件设计指标设计指标通带通带3.03.1GHz，带内衰减小于，带内衰减小于2dB，起伏小于，起伏小于1dB，2.8GHz以下及以下及3.3GHz以上衰减大于以上衰减大于40dB，端口反射，端口反射系数小于系数小于-20dB。微带电路板参数如下：厚度微带电路板参数如下：厚度0.8mm，介质

5、相对介电常数，介质相对介电常数为为Er=4.3，相对磁导率为，相对磁导率为Mur=1，金属电导率，金属电导率Cond=5.88E +7，封装高度，封装高度Hu =(1.0e+33) mm，金属层厚度金属层厚度T=0.03 mm，损耗正切角，损耗正切角TanD=1e-4，表面粗糙度表面粗糙度Rough=0mm。微带滤波器设计的基本原理微带滤波器设计的基本原理微带滤波器的技术指标包括微带滤波器的技术指标包括通带边界频率与通带内衰减和起伏通带边界频率与通带内衰减和起伏阻带边界频率与阻带衰减阻带边界频率与阻带衰减通带的输入电压驻波比通带的输入电压驻波比通带内相移与群时延通带内相移与群时延寄生通带寄生通

6、带微带滤波器设计的基本原理微带滤波器设计的基本原理边缘耦合的平行耦合线由两条相互平行且靠近的微带线构成。根边缘耦合的平行耦合线由两条相互平行且靠近的微带线构成。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，平行耦合线还需要考虑耦合电容和电感。并联电容，平行耦合线还需要考虑耦合电容和电感。每条微带线的特征阻抗为每条微带线的特征阻抗为Z0 ，相互耦合的部分长度为，相互耦合的部分长度为L，微带，微带线的宽度为线的宽度为W，微带之间的距离为，微带之间的距离为S，偶模特征阻抗为，偶模特征阻抗为Ze ，奇，奇模特征阻抗为模特征阻

7、抗为Zo 。使用单个单元电路不能获得良好的频率特性，。使用单个单元电路不能获得良好的频率特性，可以采用如图所示的对称级联的方法获得良好的频率特性。可以采用如图所示的对称级联的方法获得良好的频率特性。微带滤波器设计的基本原理微带滤波器设计的基本原理级联微带带通滤波电路的主要设计步骤如下：级联微带带通滤波电路的主要设计步骤如下：n确定滤波器的参数：根据要求的截止频率H和L，确定归一化带宽BW。选择归一化低通滤波电路的原型，得到归一化频率，设计参数g1,g2.gN,gN+1。n确定带通滤波器电路中的设计参数耦合传输线的奇模和偶模的特征阻抗： n根据微带线的偶模和奇模阻抗，按照给定的微带线路板的参数，

8、使用ADS中的微带线计算器LineCalc计算得到微带线的几何尺寸W、S、L。n连接好电路，将计算出的W、S、L输入，扫描参数为S11、S12，进行仿真。 n一般来说，理论值的仿真结果和实际结果都有很大出入，需要进行优化，可以采用Optim工具进行优化。n观察最终的优化结果，直到达到设计要求。实验理论计算实验理论计算 利用利用ADS自带的微带线计算工具自带的微带线计算工具LineCalc计算得到微带线计算得到微带线的几何尺寸的几何尺寸W、S、L。实验步骤实验步骤1、启动、启动ADS，新建一个，新建一个Project，长度单位用默认的，长度单位用默认的mm。实验步骤实验步骤2、在打开的原理图中按

9、照计算出来的参数连接电路、在打开的原理图中按照计算出来的参数连接电路3、采用、采用Optim进行优化，优化各耦合微带线的参数。进行优化，优化各耦合微带线的参数。ADS使用小结以上介绍了使用以上介绍了使用ADS进行微带电路设计的一些基本方进行微带电路设计的一些基本方法，在实际使用软件时还会遇到各种具体的问题，多法，在实际使用软件时还会遇到各种具体的问题，多看看Help是最好的解决方法。是最好的解决方法。在优化仿真过程中，要明确物理概念，避免无意义的在优化仿真过程中，要明确物理概念，避免无意义的工作。工作。ADS软件的功能十分强大，应用很广，这里我们只介软件的功能十分强大，应用很广，这里我们只介绍了其中很少的一部分，如果对其他功能感兴趣的话，绍了其中很少的一部分，如果对其他功能感兴趣的话，可以看看它的可以看看它的Example Prpject，这样会对它的应这样会对它的应用有更全面的了解。用有更全面的了解。思考题思考题如果