基于ADS的微带线带通滤波器设计

1、 项目名称： 基于ADS优化的微带带通滤波器设计 1、 实验目的(1) 了解低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器等滤波器原理(2) 利用ADS2008软件设计，以切比雪夫滤波器为原型，设计一种微带线带通滤波器。2、 实验设备(1) PC机一台；(2) ADS2008软件；3、 实验内容和要求(1) 设计一个微带线带通滤波器，以切比雪夫低通滤波器为原型；(2) 中心频率：2G+学号*50MHz；（2G+10*50MHz=2.5GHz）(3) 相对带宽：8；（2.5GHz*8=200MHz）4、 实验原理1.滤波器原理滤波器的基础是谐振电路,它是一个二端口网络,对通带内频率信号呈现匹配传输,对阻带频

2、率信号失配而进行发射衰减,从而实现信号频谱过滤功能。典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。对于微波应用,这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。2.微带线微带线(microstrip1ine)是现在混合微波集成电路和单片微波集成电路使用最频繁的一种平面传输线。它可用光科程序制作,且容易与其他无源微波电路和有源微波器件集成,从而实现微波部件和系统的集成化。微带线是在金属化厚度为h的介质基片的一面制作宽度为W，厚度为t的导体带,另一面作接地金属平板而构成的。3.耦合微带线当

3、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,这种传输线称为耦合传输线。耦合微带传输线由靠得很近的3个导体构成。这种结构介质厚度为d,介质相对介电常数为,在介质的下面为公共导体接地板,在介质的上面为2个宽度为W、相距为S的中心导体带。5、 实验步骤与结果1.设定滤波器指标中心频率：2.5GHz通带带宽：200MHz（2.42.6GHz）输入输出的阻抗：50插入损耗：小于2dB阻带衰减：在距离中心频率300MHz处的衰减大于50dB相对带宽：8（表示信号带宽为0.2GHz）带内输入输出端口反射系数：小于-15dB2.滤波器选用与微带线的计算0.5dB切比

4、雪夫滤波器，5阶。系数：g0=g6=1；g1=g5=1.7058；g2=g4=1.2296；g3=2.5048微带线的奇偶模特性阻抗计算结果如下：Z0=50欧姆 表1微带线的奇偶模特性阻抗i,i+1Ji,i+1Z0* Ji,i+1Z0e|i,i+1Z0o|i,i+10,1/5,65.4284e-30.271467.252940.11291,2/4,51.7354e-30.086854.716746.03672,3/3,41.4321e-30.071653.836346.6763借助ADS软件的LineCalc计算微带线的W、S、L：图1 LineCalc计算微带线表2微带线的奇偶模特性阻抗和W

5、、S、L级数Z0eZ0o宽度W/mm间隙S/mm长度L/mm0/567.252940.11292.42600.322321.94241/454.716746.03672.86141.555021.57182/353.836346.67632.88231.883021.56383.原理图绘制和仿真3.1原理图绘制元件：2个Term，2个接地，1个MSUB，2个MLIN，6个Mcfil，1个SP，连接如图2。图2 原始原理图（优化之前）各元件参数设置如下：MSUB：微带线基板；Term：50欧姆；VAR：微带线参数变量3.2原理图仿真设置仿真参数：（线性扫描，范围23Ghz，步进10MHz）仿真结

6、果如下：注释：从图3可以看出，m3和m1为指标“在距离中心频率300MHz处的衰减”指标分别为-53dB和-66dB，满足指标要求。由m2和m4可得带宽为190MHz，小于指标200MHz，中心频率向左偏移失真。图3 插入损耗S（2，1）注释：带通内最大回波损耗约为-8dB，最小约为-27dB。图4 回波损耗S（1，1）4.原理图优化与仿真4.1原理图优化选择优化目标控件GOAL，设置参数如下图5；添加优化控件OPTM，设置参数如图6。GOAL:三个插入损耗S(2,1)和一个回波损耗S(1,1)，令通带内衰减小于2dB，端口反射小于-15dB。在距离中心频率300Mhz处衰减大于50dB。OP

7、TM:首选Random模式，其次是Hybrid，最后是Gradient。多次优化，改变方式和次数。图5 优化目标参数设置图6 优化控件参数设置4.2优化后仿真工具栏【simulate】-【simulate】，优化过程中系统会自动打开一个状态窗口显示优化，结果，其中“CurrentEF”表示与优化目标的偏差，当它的值减小到0的时候，表示达到了优化目标，如图7所示，多次优化后，将接近数据的优化结果进行保存【simulate】-Update optimization values。图7 优化过程状态窗口 图8 优化后的原理图图9 优化后的S（2，1）曲线 图10优化后的S（1，1）曲线由图9和图10

8、可知，优化后的结果比优化前的数据都有所提高，仿真后的各项指标基本都能达到设计要求（中心频率：2.5GHz；通带带宽：200MHz（2.42.6GHz）；插入损耗：小于2dB；阻带衰减：在距离中心频率300MHz处的衰减大于50dB；带内输入输出端口反射系数：小于-15dB）。滤波器性能良好，说明优化成功，设计方法正确。5.版图生成和仿真5.1版图生成方法：去掉Term、接地、优化控件optm，选择菜单Layout-Generate/Update Layout图11 微带线版图生成5.2版图仿真仿真设置：采样频率范围：23GHz; 采样点数：10个点。图12 微带线版图仿真结果6、 分析总结本次设计在设计初期要将切比雪夫带通滤波器的低通介数计算准确,这样才能确定正确的元件值为后边的计算做好准备工作:滤波器主要依靠平行耦合微带线设计,所以微带线的奇偶模特性阻抗在计算时要仔细不能出错,要将耦合微带线的宽度、间隙、长度正确的跟耦合级联对应。微波带通滤波器的传统设计方法大多是通过图表查询和曲线拟