实验二微带滤波设计与仿真

1、关于实验二微带滤波设计与仿真第1页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三一、实验目的：1、学习滤波器设计原理；2、学习利用ADS进行滤波器仿真设计。二、实验原理： 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，对阻带的频率信号失配而进行反射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。 滤波器分为低通、高通、带通和带阻四种类型，镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器的常用方法。对于微波应用，这种设计必须变更到由传输线组成的分布器件上。Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。三、实验内容：1、利用ADS提供的设计向导快速设计一个低通滤波器，其指标

2、要求如下：具有最平坦的相应，通带内纹波系数小于2，通带截止频率fp=4GHz，阻带截止频率fs=8GHz处的插入损耗必须大于15dB，输入输出阻抗为50。第2页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三2、微带线工作原理 微带线是目前比较流行的平面传输线，它可以利用光绘来加工，并且容易与其它无源和有源的微波器件集成，微带线是准TEM模式，它的相速、传播常数和特性阻抗可以由静态或准静态解获得。接地板（铜，鋁）导体带条（良导体构成，宽约1毫米）介质基片（固体介质）第3页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三四、设计步骤：1、在主窗口菜单栏新建工程Step_Filter.

3、2、在Step_Filter工程中建一个名为Filter_micro_lpf的原理图。3、执行菜单命令Design GuideFilter,弹出如下图所示的滤波器选择对话框。4、选择“Filter Control window”，单击OK,得如下图滤波器设计窗口。第4页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三滤波器设计助手仿真助手分析助手5、单击工具栏中 图标，在原理图元件面板中有“Filter DG-ALL” ,如下图。第5页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三得滤波器向导中的各种模型。6、在“Filter DG-ALL” 元件面板中选择一个双端口低通滤波器模

4、型（Low-pass filter DT） ，这时系统弹出一个提示对话框，如图。第6页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三7、单击OK,并将选择的双端口低通滤波器添加到原理图中。8、重新回到开始的设计向导中，然后打开“Filter Assistant”标签页，可以看到如下带有滤波器参数设置和滤波器幅频参数设置的窗口。对应的仿真滤波器名纹波系数阻带损耗相应类型幅频特性曲线阻带截止频率通带截止频率首元件连接类型第7页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三9、选择滤波器类型。选择Maximally Flat.10、在滤波器向导中输入设计参数，单击【Redraw,即可

5、得到一个巴特沃斯相应曲线。第8页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三12、所有参数设置完成后，单击【Design按钮，系统自动设计一个集总参数滤波器。13、返回原理图窗口中，双击滤波器模型，查看滤波器的参数。14、单击Component Options按钮，设置滤波器参数显示对话框。第9页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三15、勾选所有按钮，得到如图显示参数。16、查看模型中的具体电路，选择该模型，单击 图标。得如图所示设计的子电路。第10页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三17、设置好滤波器相应参数后，在滤波器向导中选择“Simula

6、tion Assistant”标签页。修改滤波器仿真设置如图。第11页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三18、单击【Simulate按钮，开始仿真，这样一个集总参数滤波器设计完成，但由于频率高，不宜采用集总参数元件，需要将其转换为分布电路器件，这样采用Richards变换和Kuroda等效来实现。第12页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三集总参数滤波器转换为微带滤波器 Richands变换是将一段开路或短路传输线等效为分布的电感或电容元器件的理论。即将串联电感等效为一段短路截线，将并联电容等效为一段并联开路截线。但实际的微带线电路设计中串联短路短截线是无

7、法实现的。Kuroda等效给出了并联开路截线和一段传输线与串联短截线和一段传输线两种电路之间的一种转换方法。1、Kuroda等效设计滤波器步骤用Kuroda等效设计滤波器大体分以下几步骤：根据Richards规则将集总参数的串联电感和并联电容变换成短路短截线和开路短截线。Kuroda等效通过加入相应的微带传输线把串联短截线变换为并联短截线。选择微带线参数（厚度、介电常数及介质损耗等）根据计算的特性阻抗确定各部分微带线段尺寸，然后进行电路仿真。第13页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三2、LC滤波器到微带滤波器转换过程单击滤波器设计向导中的 图标，打开滤波器转换助手对话框，如

8、图。第14页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三选择”LC to Tline”选项，单击集总参数器件 ，将会出现如图窗口。第15页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三单击 ，然后单击【Add All按钮，添加原理图中的L1和L2。单击【Transform按钮把电感传唤成短路串联传输线。第16页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三单击 图标返回，单击并联电容 ，出现电容转换窗口。第17页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三最后得到如图的短截线转换电路单击 图标返回到滤波器转换助手对话框，选中“Tline to Tline(k

9、urode)”开始进行kuroda转换。第18页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三单击”Add Transmission Lines“中的【Before Network按钮在输入端口添加一个单元器件。同样单击【After Network】按钮添加输出端的一个单元器件。添加后的电路如图。第19页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三在滤波器转换助手对话框中，选择 ，然后单击【Add】按钮添加这对转换，单击【Transform】按钮，进行Kuroda转换，用同样的方法选择 进行转换，得如图。第20页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三选中”LC

10、,Tline to Microstrip”选项，单击短截线 图标，单击【Add】按钮添加所有短截线到微带线的转换，如图。第21页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三（10）设置基片厚度为30mil，基片介电常数为4.4，单击Transform】按钮把短截线转换为微带线，单击OK转换完成。(1mil=0.25410-3mm）第22页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三11、点击菜单layout下generateupdate layout生成微带滤波器实际版图，可以对版图进行仿真。第23页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三Kuroda等效后的

11、仿真12、加入s参数仿真端口和仿真控制器，设置如图参数执行仿真得到如下结果：仿真曲线达到预期设计结果。第24页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三实验报告1、利用ADS提供的设计向导快速设计一个低通滤波器，其指标要求如下：具有最平坦的相应，通带内纹波系数小于2，通带截止频率fp=24GHz，（选择期间频率）阻带截止频率fs=68GHz处的插入损耗必须大于20dB，（选择期间频率）输入输出阻抗为50。2、思考题：其他类型滤波器可以通过此方法进行设计吗？第25页，共27页，2022年，5月20日，22点9分，星期三MCFIL (Microstrip Coupled-Line Fi

12、lter Section) Symbol Illustration Parameters Subst = microstrip substrate name W = line width, in specified units S = spacing between lines, in specified units L = line length, in specified units Temp = physical temperature, in C W1 = (ADS Layout option) width of line that connects to pin 1 W2 = (ADS Layout option) width of line that connects to pin 2 Range of Usage 1 Er 18Simulation frequency (GHz) where Er = diele