课程设计——基于ADS的微带滤波器设计

1、课程设计报告题 目：基于ADS的微带滤波器设计姓 名： 学 号： 班 级： 电子101专 业： 电子信息工程指导老师： 提交时间： 2014-01-051.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

2、型。因此本节将重点研究如何 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。1.2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

3、滤波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/f0×100%，（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

4、带内波动是1dB。（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。2. ADS2.1 ADS简介 ADS 全名Advanced Design System，由安捷伦推

5、出，是当今业界最流行的微波射频电路、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

6、间响应属于时域仿真分析。3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。3. 基于ADS的微带滤波器设计3.1微带滤波器的设计要求本小节设计一个微带低通滤波器，滤波器的指标如下： 输入、输出阻抗为50欧姆; 截止频率为3Ghz；纹波为0.5dB; 4.5Ghz时损耗不小于25 dB; Vp=0.6C。3.2 滤波器的仿真设计 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，并在Project Technology File

7、s栏中选择ADS Standard：Length unitmillimet，默认单位为mm，如图2所示。单击ok，完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。图1 点击ok后显示如图3所示。其中有三种方式供选择，我们此次不需要此种方法，故点击cancel，直接取消。图2由于ADS软件自带许多功能，其中包括滤波器设计向导。我们可以通过其直接完成该课题的设计。点击DesignGuide，在下拉框中选择Filter选项，在弹出的对话框中选择第一项，既Filter Control Window，弹出滤波器设计向导 图3点击工具栏中最右边的，弹出Filter DGAll，或者直接在元件库中选择Filte

8、r DGAll进入即可，我们设计的是低通滤波器，既选择即可，将选中后可双击编辑各种技术要求。或从新进入滤波器再的设计向导中选择Filter Assistant，从中编辑各个技术要求。（图5）。 图4 在Filter Assistant中选择Design，既完成了集成器件的低通滤波器。然后选择Simulation Assistant中设置频率，然后点击仿真。观测S21仿真图。如图。图5 由图可知，设计可以满足该课题的技术要求。故只需将其通过Richards转换变为无源器件即可。3.3 Richards转换 Richards转换是将一段开路或短路传输线等效分布的电感或电容元器件的理论，即将串联电感

9、等效为一段短路短截线，将并联电容等效为一段并联短截线。但实际的微带电路设计中串联短路短截线是无法实现的。Kuroda等效给出了并联短截线和一段传输线与及串联短截线和一段传输线两种电路之间的一种转换方法。在滤波器向导对话框中选择按钮，弹出Transformation Assistant对话框，直接选择“LC to Microstrip”选项，单击集总器件选中串联电感，将会出现图7所示的电感转换界面。 图 6将串联电感转换成125 Ohm的高阻抗微带线，其中h=30 mil，Er=3同理将并联电容C进行转换。 将并联电容转换为25 Ohm的低阻抗微带线，从而实现高低阻抗实现低通滤波器。转换完成后，

10、点击，结果图如下。3.4 分布元件仿真首先选择，在其中找到两个端口并放置在图中连线接地，再添加仿真模型，双击，设置不仅频率，如下图连接好的电路如下： 点击工具栏的进行仿真，结果图如下：对比两次结果图与课设要求可知满足要求。3.5 制版图在ADS制版图中，需要将两个端口失效，故点击窗口上的，再点击Term，使其失效。然后执行Layout Generate/Update Layout，将弹出 Generate/Update Layout 对话框，如下图，我们选择默认设置。 完成后版图如下版图生成后对微带和基板的参数进行设置，执行Momentum Substrate Create/Modify，将基

11、板进行如下设置。配置完成后，仿真结果如下。4心得体会四个星期的课程设计终于完了，此次的课程设计让我感触很多，不仅仅是知识上的学习和掌握，同时也让我明白了很多做人的道理。在开始阶段，老师让我们了解一些基本知识，当自己照着学习指导上的内容完成了一个课题时那种心情很棒，在后面的时间里老师让我们自己设计一个课程项目时，我觉得自己没有尽自己的最大努力去设计课程项目，很多时候自己去玩了。如果时间可以重来，我可能会认真的去学习和研究，我相信无论是谁看到自己做出的成果时心里一定会很兴奋。此次实验让我明白了一个很深刻的道理：团队精神固然很重要，但是人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，学到的东西才会更多。尽管如此，这四周的时间里我还是学到了很多知识，我所做的课题是基于ADS的低通滤波器设计。通过这些我了解了基本的ADC应用，对电子设计的过程有了初步的了解，同时也学会了一些ADC软件仿真方法，这些对我将来的学习和工作都有很大的帮助。这次课程设计是一个理论与实践结合的过程，让我明白理论知识往往是不够的，只有把所学的理论与实际行动相结合，才会提高自己的综合实际能力和独立思考能力。在设计的过程中我们都会遇到很多的问题，但往往是一个小问题都会导致实验的失败，这就要我们花大量的时间去思索和改正，这是一个