三滤波器的仿真设计20110419

1、第二讲：滤波器的仿真设计第二讲：滤波器的仿真设计学习目的学习目的学习目的学习目的 了解滤波器的基本工作原理及指标特性。了解滤波器的基本工作原理及指标特性。 培养利用培养利用ADSADS软件对集总滤波器和微带滤波器进行设计、软件对集总滤波器和微带滤波器进行设计、仿真、优化的能力。仿真、优化的能力。 学习内容学习内容滤波器的介绍和基本工作原理滤波器的介绍和基本工作原理LCLC滤波器滤波器的仿真设计的仿真设计利用利用ADSADS中中滤波器设计向导工具滤波器设计向导工具进行滤波器设计进行滤波器设计几种几种微带结构微带结构形式形式滤波器滤波器的仿真设计的仿真设计滤波器介绍滤波器介绍 滤波器是一种滤波器是

2、一种二端口网络二端口网络，具有，具有频率选择特性频率选择特性，即，即通带通带内提供信号内提供信号 传输传输，阻带阻带提供信号提供信号衰减衰减，以，以实现实现微波系统中微波系统中需要的频率响应需要的频率响应。100MHz100MHz至至9.6GHz9.6GHz倍频链实例倍频链实例100MHz-200MHz200MHz-400MHz400MHz-1.2GHz1.2GHz-9.6GHz9.6GHz滤波器介绍滤波器介绍倍频放大链路中未加入滤波器输出的倍频放大链路中未加入滤波器输出的9.6GHz9.6GHz信号频谱信号频谱 9.6GHz附近存在众多杂散信号！滤波器介绍滤波器介绍倍频放大链路中加入滤波器输

3、出的倍频放大链路中加入滤波器输出的9.6GHz9.6GHz信号频谱信号频谱 9.6GHz附近杂散信号被滤除！滤波器介绍滤波器介绍滤波器的基本原理滤波器的基本原理 滤波器一种二端口网络，具有频率选择特性，即可让某些频率通过，也可对滤波器一种二端口网络，具有频率选择特性，即可让某些频率通过，也可对其它频率加以阻拦。其它频率加以阻拦。 滤波器的基础是谐振电路，谐振电路也是二端口网络，对通带内信号匹配传滤波器的基础是谐振电路，谐振电路也是二端口网络，对通带内信号匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，实现滤波功能。输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，实现滤波功能。 典型滤波器频率响应：低通、高通

4、、带通、带阻。典型滤波器频率响应：低通、高通、带通、带阻。低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器滤波器的基本原理滤波器的基本原理 典型滤波器频率响应典型滤波器频率响应带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器滤波器的基本原理滤波器的基本原理 滤波器通常采用滤波器通常采用传输衰减量传输衰减量描述滤波器的衰减特性：描述滤波器的衰减特性： 采用采用数学多项式拟合数学多项式拟合的方法描述的方法描述滤波器衰减与频率的特性滤波器衰减与频率的特性关系。滤波器主要类型有：关系。滤波器主要类型有：巴特沃斯型（巴特沃斯型（ButterworthButterworth）切比雪夫型（切比雪夫型（ChebyshevCh

5、ebyshev）椭圆函数型（椭圆函数型（EllipticElliptic）高斯多项式型（高斯多项式型（GaussianGaussian）10LAInPLLogdBP输出端匹配负载时滤波器输入功率输出端匹配负载时滤波器输入功率输出端匹配负载时负载吸收功率输出端匹配负载时负载吸收功率衰减衰减L LA A小，传输信号；衰减小，传输信号；衰减L LA A大，阻碍信号传输！大，阻碍信号传输！滤波器的基本原理滤波器的基本原理滤波器的基本原理滤波器的基本原理 滤波器主要参数指标滤波器主要参数指标_ _带通滤波器带通滤波器中心频率中心频率f f0 0： 滤波器通带的中心频率f0，取f0=(f上+f下)/2。其

6、中 f上、f下为带通或带阻滤波器左右相对下降3dB边频点。通带带宽通带带宽BWBW3dB3dB： 指需要通过的频谱宽度，BW3dB=f上-f下。其中f上、f下以中心 频率f0处插入损耗为基准，下降3 dB处对应的左右边频点。相对带宽相对带宽=BW=BW3dB3dB/f/f0 0X100%X100%：表征滤波器的通带带宽。：表征滤波器的通带带宽。插入损耗插入损耗Insert LossInsert Loss：滤波器对输入信号带来的损耗。带内波动：带内波动： 通带内的插入损耗随频率变化的波动值。通带内的插入损耗随频率变化的波动值。回波损耗回波损耗Return LossReturn Loss：端口信号

7、输入功率与反射功率之比的分贝数。带内驻波比带内驻波比VSWRVSWR： 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。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。 理想匹配为理想匹配为VSWR=1:1VSWR=1:1，失配时大于，失配时大于1 1。对于实际的滤波器。对于实际的滤波器 一般要求一般要求VSWRVSWR小于小于1.5:11.5:1。阻带抑制度阻带抑制度R Rf f： 衡量滤波器选择性能好坏的重要指标，指标越高说明对带外 干扰信号抑制得越好。矩形系数矩形系数K K：用来表征滤波器对频带外信号的衰减程度，带外衰减越大，选择性越好。：用来表征滤波器对频带外信号的衰减程度，带

8、外衰减越大，选择性越好。滤波器的基本原理滤波器的基本原理 带通滤波器主要参数指标带通滤波器主要参数指标滤波器的基本原理滤波器的基本原理 波导带通滤波器实物图波导带通滤波器实物图滤波器的基本原理滤波器的基本原理 滤波器主要参数指标滤波器主要参数指标_ _低通或高通滤波器低通或高通滤波器截止频率截止频率f f上截频上截频、f f下截频下截频：指低通滤波器的通带右边的边频点及高通滤波器的：指低通滤波器的通带右边的边频点及高通滤波器的 通带左边的边频点。通带左边的边频点。插入损耗插入损耗Insert LossInsert Loss：滤波器对输入信号带来的损耗。带内波动：带内波动： 通带内的插入损耗随频

9、率变化的波动值。通带内的插入损耗随频率变化的波动值。回波损耗回波损耗Return LossReturn Loss：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝数。带内驻波比带内驻波比VSWRVSWR： 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。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。 理想匹配为理想匹配为VSWR=1VSWR=1：1 1，失配时大于，失配时大于1 1。对于实际的滤波器。对于实际的滤波器 一般要求一般要求VSWRVSWR小于小于1.5:11.5:1。阻带抑制度阻带抑制度R Rf f： 衡量滤波器选择性能好坏的重要指标，指标越高说明对带外 干扰信号抑制得越好。滤波器的

10、基本原理滤波器的基本原理 低通滤波器主要参数指标低通滤波器主要参数指标滤波器的基本原理滤波器的基本原理 滤波器的种类滤波器的种类滤波器滤波器有源滤波器有源滤波器无源滤波器无源滤波器集总集总LCLC滤波器滤波器腔体滤波器腔体滤波器介质滤波器介质滤波器晶体滤波器晶体滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器微带滤波器微带滤波器LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 建立新的工程文件建立新的工程文件LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 建立建立LCLC拓扑结构拓扑结构从元器件模型列表选择从元器件模型列表选择“Lumped ComponentsLumped Components”LCLC滤波器的仿真设计

11、滤波器的仿真设计 设置仿真参数设置仿真参数从元器件模型列表选择从元器件模型列表选择“Simulation-S_ParamSimulation-S_Param”，并加入端口，并加入端口LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 完成电路拓扑及仿真参数设置完成电路拓扑及仿真参数设置LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 开始仿真开始仿真点击仿真图标仿真状态窗口数据显示窗口LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 显示仿真数据显示仿真数据点击数据显示图标选择要显示的S参数选择显示参数单位LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 标注仿真数据标注仿真数据点击Marker菜单LCLC滤波器的仿真设计滤波

12、器的仿真设计 保存仿真数据文件保存仿真数据文件自动保存，文件名与拓扑图文件一致另存为，可命名仿真数据文件LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 打开已保存仿真数据文件打开已保存仿真数据文件主窗口点击显示数据窗口图标选择打开已存仿真数据文件LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 滤波器的电路调谐滤波器的电路调谐点击参数调谐图标参数当前值移动滑块或点击箭头改变调谐窗口中的参数值关闭更新到原理图重置参数保存LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 选择电路调谐参数选择电路调谐参数鼠标点击选择需要调谐的参数鼠标点击选择需要调谐的参数LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 调谐电路参数，改善低通滤

13、波器性能调谐电路参数，改善低通滤波器性能鼠标点击调谐箭头，改变调谐参数鼠标点击调谐箭头，改变调谐参数调谐至优值后更新到拓扑图窗口LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 拓扑图电路参数已更新拓扑图电路参数已更新LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 小结小结建立建立LCLC低通滤波器拓扑结构，进行仿真。低通滤波器拓扑结构，进行仿真。学习数据显示窗口中仿真曲线的显示、标注、保存。学习数据显示窗口中仿真曲线的显示、标注、保存。利用参数调谐工具，进行电路参数调谐，获得较优的性能。利用参数调谐工具，进行电路参数调谐，获得较优的性能。LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 使用滤波器设计向导工具设计

14、滤波器使用滤波器设计向导工具设计滤波器截止频率截止频率w wc c=4GHz=4GHz在在w wc c=8GHz=8GHz频点处的插入损耗必须大于频点处的插入损耗必须大于15dB15dB输入输出阻抗为输入输出阻抗为5050欧姆欧姆通带内插损小于通带内插损小于2dB2dB设计设计4GHz4GHz低通滤波器低通滤波器LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计滤波器电路的生成滤波器电路的生成在在“Lab_2LCfiltereLab_2LCfiltere”工程文件中新建工程文件中新建“Filter_DesignGuideFilter_DesignGuide”电路原电路原理图理图原理图菜单栏中的原理图菜单

15、栏中的【Design GuideDesign Guide】【FilterFilter】选项，弹出对话框：选项，弹出对话框：滤波器控制窗口滤波器控制窗口阻抗匹配阻抗匹配斯密斯圆图斯密斯圆图LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计滤波器电路的生成滤波器电路的生成在滤波器选择窗口中选择在滤波器选择窗口中选择“Filter Control WindowFilter Control Window”，并单击，并单击OKOK按按钮，系统将弹出一个新的滤波器设计向导钮，系统将弹出一个新的滤波器设计向导“Filter DesignGuideFilter DesignGuide”窗窗口口LCLC滤波器的仿真设计滤

16、波器的仿真设计LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计点击该图标，使原理图中将出现一个新的元件面板点击该图标，使原理图中将出现一个新的元件面板“Filter DG-AllFilter DG-All”LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 在电路原理图元器件列表的在电路原理图元器件列表的“Filter DG-AllFilter DG-All”一栏，从器件列表中选一栏，从器件列表中选择择“双端口低通滤波器模型（双端口低通滤波器模型（low-pass filter DTlow-pass filter DT）”在原理图中添加低通滤波器后，返回在原理图中添加低通滤波器后，返回Filter Filter

17、 DesignGuideDesignGuide窗口，点击自动设计图标窗口，点击自动设计图标LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 点击进入点击进入【Filter AssistantFilter Assistant】标签页面，可以看见标签页面，可以看见 【Smart ComponentSmart Component】项中已经出现了刚刚插入原理图中的低通滤波项中已经出现了刚刚插入原理图中的低通滤波器器“DA_LCBandpassDT1DA_LCBandpassDT1”。 对原理图对原理图中低通滤中低通滤波器模型波器模型自动设计自动设计LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计LCLC滤波器的仿真设

18、计滤波器的仿真设计 选择滤波器响应类型选择滤波器响应类型Maximally FlatMaximally Flat： 最平坦响应，也称巴特沃兹响应最平坦响应，也称巴特沃兹响应 ChebyshevChebyshev： 切比雪夫响应切比雪夫响应 EllipticElliptic： 椭圆函数响应椭圆函数响应 Inverse ChebyshevInverse Chebyshev： 逆切比雪夫响应逆切比雪夫响应 Bessel-ThomsonBessel-Thomson： 贝塞尔贝塞尔- -托马森响应托马森响应 GaussianGaussian：高斯响应高斯响应 选择最大平坦型！选择最大平坦型！LCLC滤波

19、器的仿真设计滤波器的仿真设计 在设计向导中设置滤波器参数在设计向导中设置滤波器参数APAP（dBdB）=2=2，表示滤波器的通带损耗系数为，表示滤波器的通带损耗系数为2 2。 AsAs（dBdB）=15=15，表示滤波器截止频率处损耗大于，表示滤波器截止频率处损耗大于15dB15dB。Fp=4GHzFp=4GHz，表示滤波器的通带截止频率为，表示滤波器的通带截止频率为4GHz4GHz。Fs=8GHzFs=8GHz，表示滤波器的阻带截止频率为，表示滤波器的阻带截止频率为8GHz8GHz。 First ElementFirst Element选择为选择为seriesseries，表示第一个元件是串

20、联元件。，表示第一个元件是串联元件。 设置完成，单击设置完成，单击RedrawRedraw（刷新）按钮，获得巴特沃兹响应曲线。（刷新）按钮，获得巴特沃兹响应曲线。LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 参数设置完成，单击窗口中参数设置完成，单击窗口中【DesignDesign】按钮，系统将自动按钮，系统将自动生成一个集总参数滤波器生成一个集总参数滤波器原理图中低通滤波器设置参数原理图中低通滤波器设置参数LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 选中滤波器模型选中滤波器模型DA_LCLowpassDT1, DA_LCLowpassDT1, 然后在工具栏中单击然后在工具栏中单击Push Into

21、 Hierarchy Push Into Hierarchy 按钮按钮 ，得到的滤波器的子电路，得到的滤波器的子电路低通滤波器模型生成的子电路低通滤波器模型生成的子电路LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 对生成低通滤波电路的仿真设置对生成低通滤波电路的仿真设置起始频率起始频率终止频率终止频率频率步长频率步长仿真参数设置完成，点击仿真参数设置完成，点击【SimulateSimulate】按钮，开始仿真！按钮，开始仿真！LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 低通滤波器仿真的响应曲线低通滤波器仿真的响应曲线LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 低通滤波器仿真的响应曲线低通滤波器仿真的响

22、应曲线截止频率截止频率4GHz4GHz8GHz8GHz处插损大于处插损大于15dB15dB通带内波动小于通带内波动小于2 2达到设计指标！达到设计指标！LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计 练习练习 学习利用学习利用Filter DesignGuideFilter DesignGuide设计一个高通滤波器设计一个高通滤波器 学习利用学习利用Filter DesignGuideFilter DesignGuide设计一个带通滤波器设计一个带通滤波器 学习利用学习利用Filter DesignGuideFilter DesignGuide设计一个带阻滤波器设计一个带阻滤波器截止频率：截止频率：

23、2GHz2GHz；通带最大平坦响应，通带插损小于通带最大平坦响应，通带插损小于2 2；在在1GHz1GHz处，插入损耗大于处，插入损耗大于15dB15dB通带频率：通带频率：1.5-2GHz1.5-2GHz；通带最大平坦响应，通带插损小于通带最大平坦响应，通带插损小于2 2；带外抑制大于带外抑制大于20dB20dB阻带频率：阻带频率：1.5-2GHz1.5-2GHz；通带最大平坦响应，通带插损小于通带最大平坦响应，通带插损小于2 2；带外抑制大于带外抑制大于20dB20dBLCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计练习练习 上面四种滤波器指标不变，第一个元件改为并联结构，进上面四种滤波器指标不变

24、，第一个元件改为并联结构，进行设计仿真观察行设计仿真观察改为并联结构改为并联结构LCLC滤波器的仿真设计滤波器的仿真设计小结小结 学习使用学习使用Filter DesignGuideFilter DesignGuide自动设计工具对自动设计工具对LCLC集中形式集中形式不同电路结构形式的低通、高通、带通、带阻滤波器的仿不同电路结构形式的低通、高通、带通、带阻滤波器的仿真设计。真设计。 Filter DesignGuideFilter DesignGuide的设计参数和仿真参数的设置。的设计参数和仿真参数的设置。集总参数滤波器变换为微带滤波器集总参数滤波器变换为微带滤波器 根据已设计的根据已设计

25、的LCLC低通滤波器，利用设计工具将低通滤波器，利用设计工具将LCLC滤波器转滤波器转化为可实现的微带滤波器化为可实现的微带滤波器APAP（dBdB）=2=2，表示滤波器的通带传输损耗为，表示滤波器的通带传输损耗为2 2。 AsAs（dBdB）=15=15，表示滤波器截止频率处损耗大于，表示滤波器截止频率处损耗大于15dB15dB。Fp=4GHzFp=4GHz，表示滤波器的通带截止频率为，表示滤波器的通带截止频率为4GHz4GHz。Fs=8GHzFs=8GHz，表示滤波器的阻带截止频率为，表示滤波器的阻带截止频率为8GHz8GHz。 First ElementFirst Element选择为选

26、择为seriesseries，表示第一个元件是串联元件，表示第一个元件是串联元件集总参数滤波器变换为微带滤波器集总参数滤波器变换为微带滤波器 微带线的结构微带线的结构集总参数滤波器变换为微带滤波器集总参数滤波器变换为微带滤波器 等效变换理论基础等效变换理论基础l Richards Richards变换：变换： 串联电感串联电感 串联短路串联短路短截线短截线 并联电容并联电容 并联开路并联开路短截线短截线 ？实际微带电路中，串联短路短截线无法实现实际微带电路中，串联短路短截线无法实现! !l Kuroda Kuroda变换：变换： 并联短截线并联短截线 微带传输线微带传输线 串联短截线串联短截线

27、 微带传输线微带传输线 L、C元器件串联、并联短截线微带传输线Richards变换Kuroda变换设置微带线参数，仿真计算集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 单击单击Filter DesignGuideFilter DesignGuide中的中的 图标，打开滤波器转换图标，打开滤波器转换 助手对话框助手对话框点击点击选择电感选择电感集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 选中选中LC to TLineLC to TLine选项，点击集总参数器件形式的电感选项，点击集总参数器件形式的电感 出现转换页面出现转换页面 1.1.单击串联单击串联短路短截线

28、短路短截线2.2.单击添加单击添加L1,L2L1,L23.3.进行转换进行转换4.4.返回上层返回上层串联串联开路短截线开路短截线集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 返回至滤波器转换助理对话框，点击并联电容返回至滤波器转换助理对话框，点击并联电容 进入电容转换窗口进入电容转换窗口1.1.单击并联单击并联开路短截线开路短截线2.2.单击添加单击添加C1C13.3.进行转换进行转换4.4.返回上层返回上层并联并联短路短截线短路短截线集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 串联电感、并联电容转换后的电路图串联电感、并联电容转换后的电路图串联短路串联短路

29、短截线短截线 并联开路并联开路短截线短截线串联短路串联短路短截线短截线 集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 返回滤波器转换助手对话框，选中返回滤波器转换助手对话框，选中“ ”1.1.选择选择KurodaKuroda转换转换2.2.单击单击Before NetworkBefore Network和和After NetworkAfter Network添加两单个元器件添加两单个元器件 3.3.选中一组选中一组KurodaKuroda转换转换4.4.单击添加单击添加选中的转换选中的转换5.5.单击进行转换单击进行转换集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波

30、器 滤波器转换助手对话框中，点击滤波器转换助手对话框中，点击“Before NetworkBefore Network和和After NetworkAfter Network”两按钮添加元器件后的电路图两按钮添加元器件后的电路图集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 滤波器转换助手对话框中，先后选择滤波器转换助手对话框中，先后选择 进行转换进行转换集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 滤波器转换助手对话框中，选中滤波器转换助手对话框中，选中 单击短截线图标单击短截线图标6.6.单击单击OKOK结束结束1.1.选择至微带转换选择至微带转换2.2.单击

31、短截线单击短截线3.3.添加所有传输线至微带转换添加所有传输线至微带转换4.4.设置基片设置基片厚度，介电厚度，介电常数常数4.44.45.5.单击进行转换单击进行转换集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 最后转换得到的电路图最后转换得到的电路图 集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 等效为微带电路后的仿真等效为微带电路后的仿真返回电路原理图，加入返回电路原理图，加入S S参数仿真控制器，设置参数，进行仿真参数仿真控制器，设置参数，进行仿真 集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器 点击仿真图标点击仿真图标 ，开始仿真，观察，

32、开始仿真，观察S S参数曲线参数曲线满足设计指标！满足设计指标！集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器Richards变换Kuroda变换设置微带参数，转换为实际微带线仿真分析！集总参数滤波器转化为微带滤波器集总参数滤波器转化为微带滤波器小结小结 学习使用滤波器设置向导中学习使用滤波器设置向导中LCLC转微带的工具实现了转微带的工具实现了 LC LC低通滤波器至微带形式的低通滤波器的优化仿真，低通滤波器至微带形式的低通滤波器的优化仿真， 且指标满足设计要求。且指标满足设计要求。阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻

33、抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通滤波器电路形式阶跃阻抗低通滤波器电路形式低阻线高阻线1并并联联电电容容串串联联电电感感2C2C1CL1L2L3阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通滤波器电路形式阶跃阻抗低通滤波器电路形式低阻线高阻线阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真设计指标设计指标 具有最平坦响应具有最平坦响应-最大平坦型！最大平坦型！ 截止频率为截止频率为2.5GHz2.5GHz 在在4GHz4GHz频点处的插入损耗必须大于频点处的插入损耗必须大于15dB15dB 阻抗为阻抗为5050欧姆，最高线阻抗欧姆，最高线阻抗120120

34、欧，最低线阻抗欧，最低线阻抗2020欧欧 采用微带基片参数：采用微带基片参数： 基片厚度：基片厚度： H=1.58mmH=1.58mm 相对介电常数：相对介电常数：4.24.2 损耗角正切：损耗角正切： 0.020.02 铜导体层厚度：铜导体层厚度：0.035mm0.035mm阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真|w/wc|-1=(4GHz/2.5GHz)-1=0.6；L20dB最大平坦型；级数：最大平坦型；级数：6级级阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真滤波器的低通原型电路滤波器的低通原型电路g1g2g3g4g5g6阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿

35、真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真滤波器的低通原型参数滤波器的低通原型参数阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真在元器件面板中选择在元器件面板中选择 选择微带线选择微带线阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真低通滤波器的初值确定低通滤波器的初值确定50欧姆；W=3.087；L=2.5mm50欧姆；W=3.087；L=2.5mm20欧姆；W=11.3；L=2.05mm120欧姆；W=0.428；L=6.63mm120欧姆；W=0.428；L=9.04mm120欧姆；W=0.428；L=2.41mm20欧姆；W=11.3；L=7.69mm20欧姆；W=11

36、.3；L=5.63mm阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真滤波器设计步骤滤波器设计步骤根据设计根据设计指标确定指标确定低通滤波低通滤波器阶数器阶数串联电感串联电感-低阻线低阻线并联电容并联电容-高阻线高阻线阻抗变换阻抗变换公式公式根据线宽、根据线宽、线长建模线长建模并计算并计算查表获得查表获得低通原型低通原型的元器件的元器件值值集总集总LC低低通滤波器通滤波器中实际阻中实际阻抗值抗值阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真对滤波器中微带电路电气参数和尺寸进行设置对滤波器中微带电路电气参数和尺寸进行设置 电路参数设置电路参数设置 在在 元器件面板中选择

37、微带参数设置控件元器件面板中选择微带参数设置控件阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 在原理图设计窗口选择在原理图设计窗口选择【ToolTool】-【LineCalcLineCalc】 - -【Start LineCalcStart LineCalc】，打开微带线计算工具，打开微带线计算工具 电尺寸参数栏电尺寸参数栏介质基片参数设置栏介质基片参数设置栏微带物理尺寸栏微带物理尺寸栏元件参数设置栏元件参数设置栏5050欧条件下的线宽欧条件下的线宽阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 获得并设置各滤波器支节的尺寸参数获得并设置各滤波器支节的尺寸参数 阶

38、跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 对滤波器各支节尺寸参数的优化设置对滤波器各支节尺寸参数的优化设置 设置需要优化的变量设置需要优化的变量 阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 仿真参数设置仿真参数设置 阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 原理图仿真原理图仿真 初步满足设计指标初步满足设计指标阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 滤波器电路参数的优化滤波器电路参数的优化在元器件面板中选择优化面板列表在元器件面板中选择优化面板列表在优化面板中选择在优化面板中选择 优化控制，并添加到原理图优化控制，并

39、添加到原理图 迭代次数设为迭代次数设为100100以上以上随机优化：随机优化：大范围搜索大范围搜索梯度优化：梯度优化：局部搜索局部搜索阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 滤波器电路参数的优化滤波器电路参数的优化选择优化目标控件选择优化目标控件 ，将其放置于原理图中，并进行设置，将其放置于原理图中，并进行设置 优化目标所优化目标所依赖的变量依赖的变量及其范围及其范围优化参数表达式优化参数表达式优化调用仿真器优化调用仿真器优化参数优化参数最大最小值最大最小值优化目标权重优化目标权重阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 滤波器电路参数的优化滤波器电路

40、参数的优化对对S21S21，S11S11参量的优化目标设置参量的优化目标设置 阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 优化设置完成的滤波器电路优化设置完成的滤波器电路 阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 点击仿真图标点击仿真图标 ，进行优化，进行优化 弹出仿真状态窗口，显示不同微带尺寸参数下的收敛性阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 优化后的结果优化后的结果 优化前优化后性能明显得到提高！阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 在原理图中更新优化后的结构参数在原理图中更新优化后的结构参数 点击选择更

41、新优化值，并保存原理图文件！阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 其它参数仿真其它参数仿真 点击禁用元器件图标，选中优化控制器，禁用优化功能阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 其它参数仿真其它参数仿真 在在S S参数仿真模块中设置群时延仿真项参数仿真模块中设置群时延仿真项计算栏中计算栏中选中群时延选中群时延项！项！阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 其它参数仿真其它参数仿真 群时延仿真群时延仿真滤波器通带（-【SubstrateSubstrate】-【Update From SchematicUpdate From S

42、chematic】 从原理图中更新微带参数从原理图中更新微带参数阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 微带滤波器的版图生成与仿真微带滤波器的版图生成与仿真 查看修改微带线参数查看修改微带线参数 【MomentumMomentum】-【SubstrateSubstrate】-【Creat/ModifyCreat/Modify】阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 微带滤波器的版图生成与仿真微带滤波器的版图生成与仿真 端口设置端口设置 PortPort阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 微带滤波器的版图生成与仿真微带滤波器的

43、版图生成与仿真 版图仿真设置版图仿真设置 【MomentumMomentum】-【SimulationSimulation】-【S-parameterS-parameter】阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 微带滤波器的版图生成与仿真微带滤波器的版图生成与仿真 仿真结果仿真结果 阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 微带滤波器的版图生成与仿真微带滤波器的版图生成与仿真 仿真结果仿真结果 阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真小结小结 学习建立阶跃阻抗低通滤波器的电路原理图学习建立阶跃阻抗低通滤波器的电路原理图 对滤波器的

44、仿真、优化对滤波器的仿真、优化 滤波器的版图生成及滤波器的版图生成及MomentalMomental下的仿真下的仿真 阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真阶跃阻抗低通微带滤波器设计仿真 平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计学习内容学习内容 使用使用ADSADS软件设计平行耦合微带带通滤波器，并对其参数进软件设计平行耦合微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真，获得优良的性能。行优化、仿真，获得优良的性能。首先对平行耦合线特性进行仿真分析首先对平行耦合线特性进行仿真分析设计四阶平行耦合线型带通滤波器设计四阶平行耦合线型带通滤波器平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计平行耦

45、合微带线平行耦合微带线 平行耦合微带线是一种对称耦合结构，广泛应用于微波、毫米波无源平行耦合微带线是一种对称耦合结构，广泛应用于微波、毫米波无源和有源电路中，例如滤波器、移相器、耦合器等。和有源电路中，例如滤波器、移相器、耦合器等。 Ldsw通过微带线间的电场耦合或磁场耦合，通过微带线间的电场耦合或磁场耦合，形成具有带通效应的谐振特性。形成具有带通效应的谐振特性。平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计建立微带滤波器设计工程文件建立微带滤波器设计工程文件 平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计ADSADS中建立平行耦合微带线电路中建立平行耦合微带线电路 平行耦合线带通

46、滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合微带线电路仿真结果平行耦合微带线电路仿真结果 寄生通带！寄生通带！平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 平行耦合线微带带通滤波器的设计平行耦合线微带带通滤波器的设计 下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长长( (对中心频率而言对中心频率而言) )，构成谐振电路。我们以这种结构的滤波器为，构成谐振电路。我们以这种结构的滤波器为例，介绍设计过程

47、。例，介绍设计过程。 等效电路等效电路平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 12GHz12GHz平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器 平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 12GHz12GHz平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器 输入2.4G输出12G平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 设计应用于设计应用于S S波段无线通信中的带通滤波器波段无线通信中的带通滤波器 通带3.03.03.13.1GHzGHz； 带内损耗小于3dB3dB，起伏小于1 1dBdB； 2.8GHz以下及3.3GHz以上衰减大于大于25dB25dB

48、； 端口反射系数小于- -10dB10dB。 设计原则：设计原则：以滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21(S12)随频率变化曲线的形状上S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算出输入、输出端的电压驻波比。平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 从元器件面板中调用微带线模型从元器件面板中调用微带线模型在原理图设计窗口中选择微带电路的工具在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏栏窗口左侧的工具栏变为右图所示窗口左侧的工具栏变为右图所示在工具栏中点击选择耦合线在工具栏中点击选择耦合线M

49、cfilMcfil 并在右侧的绘图区放置并在右侧的绘图区放置选择微带线选择微带线MLIN MLIN 以及控件以及控件MSUB MSUB 分别放置在绘图区中分别放置在绘图区中选择画线工具选择画线工具 将电路连接好，将电路连接好，连接方式见下页图连接方式见下页图平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 建立好的电路拓扑图建立好的电路拓扑图平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 微波电路基片参数设定微波电路基片参数设定 双击图上的控件双击图上的控件MSUBMSUB设置微带线参数设置微带线参数 H:H:基板厚度基板厚度(0.(0.508 mm)508 mm) Er:Er:基板

50、相对介电常数基板相对介电常数( (3.2)3.2) Mur:Mur:磁导率磁导率(1)(1) Cond:Cond:金属电导率金属电导率(5.8(5.8E+7)E+7) Hu:Hu:封装高度封装高度(1.0(1.0e+33 mm)e+33 mm) T:T:金属层厚度金属层厚度(0.03(0.035 mm)5 mm) TanD:TanD:损耗角正切损耗角正切( (0.002)0.002) Roungh:Roungh:表面粗糙度表面粗糙度(0(0.001 mm).001 mm)117平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 微带线计算工具微带线计算工具滤波器两边的引出线是特性阻抗为50欧

51、姆的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具得到，具体方法是点击菜单栏菜单栏Tools - LineCalc - Start Tools - LineCalc - Start LinecalcLinecalc，出现一个新的窗口(如下页图)。 在窗口的Substrate Parameters栏中填入与MSUB中相同的微带线参数。 在Cpmpnet Parameters填入中心频率(本例中为3.05GHz)。 Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。 Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟。 点击Synthesize和Analyze栏中的 箭头，可以进

52、行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。填入50 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽1.52 mm和长度13.63 mm(四分之一波长)。 微带线计算工具微带线计算工具 平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计启动微带线计算工启动微带线计算工具具5050欧姆线宽欧姆线宽1.18mm1.18mm！平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 滤波器结构参数设置滤波器结构参数设置左右两边微带线TL1、TL2，线宽1.18mm，线长2.5mm。 平行耦合线滤波器是对称结构平行耦合线滤波器是对称结构，所以4个耦合线节中，第1、4及2、3节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的

53、。耦合线的这些参数是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量代替，便于后面修改和优化。平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 设置好后的电路原理图设置好后的电路原理图微带变量参数微带变量参数平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 对初值进行仿真对初值进行仿真不符合不符合设计指标！设计指标！需要优化！需要优化！平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 设置变量模块设置变量模块 中的变量为可优化中的变量为可优化点击点击选择选择优化窗口优化窗口开启开启优化功能优化功能设置设置优化范围优化范围平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 优化功能设置完成

54、的变量优化功能设置完成的变量变量开启变量开启优化功能优化功能平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 调用优化仿真模块调用优化仿真模块在原理图设计窗口中选择优化工具栏选择优化设置控件 放置在原理图中，双击该控件设置优化方法及优化次数。 常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。 随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛原理图中仿真模块原理图中仿真模块随机法随机法梯度法梯度法平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 优化目标的设置优化目标的设置 选择优化目标控件选择优化目标控件Goal Goal 放置在原理图中，双击该控件设放置在原理图中，双

55、击该控件设 置其参数。置其参数。 ExprExpr是优化目标名称，其中是优化目标名称，其中dB(S(2,1)dB(S(2,1)表示以表示以dBdB为单位的为单位的S21S21参数参数的值。的值。 SimlnstanceNameSimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择是仿真控件名称，这里选择SP1SP1 MinMin和和MaxMax是优化目标的最小与最大值。是优化目标的最小与最大值。 WeightWeight是指优化目标的权重。是指优化目标的权重。 RangeVar1RangeVar1是优化目标所依赖的变量是优化目标所依赖的变量，这里为频率这里为频率freqfreq。 RangeM

56、in1RangeMin1和和RangeMax1RangeMax1是上述变量的变化范围。是上述变量的变化范围。平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 优化目标的设置优化目标的设置平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 优化目标的设置优化目标的设置共设置了共设置了四个四个优化目标优化目标第一个的优化参数是第一个的优化参数是S11S11，用来设定用来设定通带通带内的反射系数内的反射系数( (这里要求小于这里要求小于 -20 -20 dB)dB)，具体数值见下页图。具体数值见下页图。后三个的优化参数都是后三个的优化参数都是S21S21，用来设定滤波器的用来设定滤波器的通带通

57、带和和阻带阻带的频率范的频率范围及衰减情况围及衰减情况( (这里要求通带衰减小于这里要求通带衰减小于0.5 dB0.5 dB，阻带衰减大于阻带衰减大于40 40 dB)dB)由于原理图仿真和实际情况会有一定的偏差，在设定优化参数时，可由于原理图仿真和实际情况会有一定的偏差，在设定优化参数时，可以适当增加通带宽度。对于其它的参数，也可以根据优化的结果进行以适当增加通带宽度。对于其它的参数，也可以根据优化的结果进行一定的调整。一定的调整。平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 优化目标的最终设置优化目标的最终设置带内回波带内回波带内插损带内插损低端带外抑制低端带外抑制高端带外抑制高端

58、带外抑制平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 准备开始优化准备开始优化设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然后就可以进行参数优化了。点击工具栏中的Simulate 按钮就开始进行优化仿真了。在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化的结果(见下页图)，其中的CurrentEF表示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标，下面还列出了各优化变量的值，当优化结束时还会打开图形显示窗口。 在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的Simulate - Update Optimization Values保存优化后的变量值(在VAR控件上可以看到变量的当前值)

59、，否则优化后的值将不保存。 平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 优化状态窗口优化状态窗口平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 关闭优化仿真器，点击仿真图标，观察仿真曲线关闭优化仿真器，点击仿真图标，观察仿真曲线达到设计指标！达到设计指标！平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 将原理图导入至将原理图导入至MomentumMomentum中进行版图仿真中进行版图仿真平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 MomentumMomentum中仿真结果中仿真结果性能改善！性能改善！平行耦合线带通滤波器的设计平行耦合线带通滤波器的设计 小结小

60、结 对平行耦合微带线的传输特性进行了仿真设计对平行耦合微带线的传输特性进行了仿真设计 对四阶平行耦合线带通滤波器进行了设计、仿真、优化，对四阶平行耦合线带通滤波器进行了设计、仿真、优化，获得良好的性能获得良好的性能 对四阶平行耦合线带通滤波器版图进行了仿真设计对四阶平行耦合线带通滤波器版图进行了仿真设计发夹线带通滤波器的设计发夹线带通滤波器的设计 发夹线带通滤波器具有更紧凑的电路结构发夹线带通滤波器具有更紧凑的电路结构耦合线型滤波器耦合线型滤波器电路尺寸偏大电路尺寸偏大发夹线型滤波器发夹线型滤波器结构紧凑，电路尺寸较小结构紧凑，电路尺寸较小发夹线带通滤波器的设计发夹线带通滤波器的设计 发夹线带