AnsoftDesigner中滤波器的设计演示文稿

AnsoftDesigner中滤波器的设计演示文稿2023/5/171目前一页\总数四十五页\编于十点2023/5/172AnsoftDesigner中滤波器的设计目前二页\总数四十五页\编于十点说明Asoftdesigner中的滤波器设计功能可以实现低通、高通、带通、带阻滤波器的设计，实现方式可以有：微带线、同轴线、理想集总参数电路、理想分布参数电路、含有单位元件的电路等形式。逼近函数可以选用车比雪夫函数、贝赛尔函数、椭圆函数等。这里将要介绍的是用车比雪夫多项式逼近的微带低通滤波器的设计，其它滤波器的设计方法可依此得出。

目前三页\总数四十五页\编于十点创建项目在file>saveas中把该项目另存为ms_lp点击该图标，新建一个项目目前四页\总数四十五页\编于十点打开滤波器设计工具点击该图标，或者从Project>insertfilterdesign…进入滤波器设计窗口设计完成后将直接在项目下建立一个顶端文件，该文件不属于任何的父文件，为独立设计。目前五页\总数四十五页\编于十点滤波器设计属性（1）Passband中可选择滤波器通带类型。Topology中可选则滤波器的布局方式，对于低通滤波器其布局方式有：理想集总、理想分布、含有单位元件的集总、含有单位元件的分布、分支线传输线结构、高低阻抗线以及宽带低通结构。我们选用高低阻抗线设计（葡萄串或者糖葫芦式）Approximation中包含了可选用逼近函数，通常我们选用车比雪夫多项式（Chebysheve）。在Prorotype中提供了两种设计方式：固定传输线的特性阻抗，设计传输线长度；固定传输线电长度，设计其特性阻抗。在实际设计中常常是固定了传输线的特性阻抗进行设计。Technology中可以选择滤波器的实现方式，对于我们的设计，有下列方式可供选择：理想传输线、带状线、微带线、悬置微带线、矩形棒、中心导带为圆棒的带状线和同轴线。点击Next目前六页\总数四十五页\编于十点滤波器设计属性（2）点击该图标查看滤波器平面图点击该图标查看说明文档点击该图标查看原理图点击该键打开软件自带的设计例子点击该键打开以前的设计点击该键改变设计中用到的单位在该选项中改变设计初始值以及设计目标在这里可以设置设计中的Q值在设计的时候往往不需要改变默认值，而直接进行设计点击NEXT目前七页\总数四十五页\编于十点滤波器规格设置*如图输入规格数据。在窗口的右边部分可以查看该数据的理论设计结果。*Order为滤波器节数；Ripple为理论带内损耗；Fp1为带边频；Source/Load，Rs为源/负载的特性阻抗值（常用50ohms)；Elect.Lng为电长度；High/LowZo为高/低阻抗线特性阻抗。*注意选择Optimizepassbandcorner该项确保设计结果最接近所需要的结果。*设计结果并不能总是完全符合设置的要求，比如带边频不能正好是在2Ghz上，这就需要用户在设计中调整，或者重新设定f1。点击NEXT目前八页\总数四十五页\编于十点结构属性设置在结构属性设置窗口中，可以设定所选用的结构（这里是微带线）参数，这些参数包括：介质板的介电常数、介质板厚度、金属导带厚度、滤波器腔体高度以及前面设置的带边频*如图输入数据，可见在VARIABLES中W1＝0.5004mm；W2＝10.03mm

这是高低阻抗线的宽度，另外有一项W3＝0.3878mm为高阻线宽度，就是说在所设计的滤波器中有两种宽度的高阻线。*当结构属性改变时，高低阻抗线的宽度也将随之改变，若要得到满足要求的宽度，可在前一步的规格设置中重新设置高低阻抗线的特性阻抗，直到满足要求为止。点击Next目前九页\总数四十五页\编于十点设置完成设置完成后将出现此窗口，在窗口的左部分有两排图标，其中左边一排分别是：原理图、波形图、平面视图、文本说明、元件特性，元件参数（长度）、耦合线参数（本例中没有耦合线）。查看原理图时，右边竖排图标才有意义，其作用分别为：在原理图上不显示任何数据、显示参数类型、显示参数数值、显示数值以及单位、同时显示参数类型数值和单位。点击“完成”目前十页\总数四十五页\编于十点把原理图转换成结构图点击该图标把原理图转换成物理参数电路可从filter>export>physicalcircuit进入点击该图标把原理图转换成理想参数电路可从filter>export>physicalcircuit进入

我们这里把原理图转换成物理电路注意，有些原理图是不能转换成物理模型的，在设计时应当注意。这种情况可能发生于：1设置错误。在设定高/低阻抗值时，本软件对于一个特定的结构有高阻上限和低阻下限，超过限制的设置将出现错误2软件本身不支持该结构的物理模型。这是无法根改的，对于这些模型用户只能得到其理想结构。这时候物理模型图标变为灰色。目前十一页\总数四十五页\编于十点*错误设置示例

错误提示栏在这里我们把高阻线的阻抗值设为250ohms则在结构设置窗口中将出现错误提示，因为此时的高阻线已经超出了该结构的上限。此时VARIABLES中显示的变量数值是不准确的。目前十二页\总数四十五页\编于十点调整电路（1）右键点击项目窗口中的电路图标，在下拉列表中选择Rename，把电路重命名为ms_lp。点击该图标，将显示电路的平面版图请随时保存文件目前十三页\总数四十五页\编于十点调整电路（2）可见所得到的物理结构并不是我们实际设计中的结构，因此我们要对版图进行调整，以符合实际的电路结构。左键该图标切换到平面版图模式

目前十四页\总数四十五页\编于十点调整电路（3）我们先来看看电路中阻抗变换器的结构。在元件属性中点击Info.的Value就可以打开该元件的说明这里的D在电路中为w3＝0mm我们只要把w3设为一个合适的数值，以使高阻线的位置在低阻线位置的中间就可以了，我们令w3＝4.75mm。目前十五页\总数四十五页\编于十点调整电路（4）另外，我们还要在滤波器两端各接上一段50ohms的微带线，以保证端口匹配。如图选中的元件。其中阻抗变换器w1＝w1，w2＝w0＝2mm，w3＝4.75mm；50ohms线的w＝w0，p＝5mm。Circuit---designproperties---localvariable设置变量的值目前十六页\总数四十五页\编于十点调整电路（5）点击该图标把版图重新排列，可见更改后的结构符合实际设计要求目前十七页\总数四十五页\编于十点运算，创建报告（1）左键该图标进行运算

左键该图标绘制直角坐标系下的曲线请随时保存文件目前十八页\总数四十五页\编于十点创建报告（2）选择SParameter，在Quantity中选择S11和S12，Function选择dB点击AddTrace，Done完成。目前十九页\总数四十五页\编于十点查看报告（1）曲线图中右键点击任意位置，在弹出的菜单中选则DataMarker对曲线进行标点。目前二十页\总数四十五页\编于十点查看报告（2）移动指针的位置或者用键盘的方向键移动标点的位置，在需要加标点的地方，点击鼠标，加入标点（用键盘的上、下方向键选择曲线）最多可加入5个标点。标点的数值将在曲线图的下方显示。可见该设计的带边频为2.16Ghz，同时还有该设计的带外抑制、谐波以及回波情况。因为我们在前面已经对电路进行了一些修改，所得的波形与设计波形有较大偏差，带边频明显偏高。因此我们需要对电路优化和调试。目前二十一页\总数四十五页\编于十点查看设计参数点击菜单中的circuit，选择DesignProrerties，弹出图中的属性对话框。在Local对话框中，选择Value，改变w1＝0.5mm，w2＝10mm，w4＝0.4mm以满足结构参数。目前二十二页\总数四十五页\编于十点优化设置（1）选择Optimization选项，把p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7设为优化变量。点击“确定”目前二十三页\总数四十五页\编于十点优化设置（2）点击该图标弹出优化窗口

点击Add添加优化点击Delete删除选定的优化点击这里添加优化函数点击这里添加优化范围点击这里添加优化目标和权重所有的需要输入的内容都可以在相应栏中直接输入。如图设置优化参数，点击“确定”目前二十四页\总数四十五页\编于十点开始优化在项目管理窗口中右键点击optimizationsetup1选择Analyze，开始优化。请随时保存文件目前二十五页\总数四十五页\编于十点查看优化结果在优化过程中，曲线将随之变化对比优化前后的曲线图，可见，优化后的结果也不理想，因此，有必要对设计进行手动调节目前二十六页\总数四十五页\编于十点参数调节（1）在元件属性对话框中，选中p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7作为调试变量。目前二十七页\总数四十五页\编于十点参数调节（2）点击该图标，弹出下图所示的对话框，该对话框中列出了上一步设置为可调试调试的所有变量。调节每个变量对应的滑块位置或者直接在中间的数据栏中输入数值，点击对话框左部分的Tune就可以调试，调试结果将在曲线图即时显示。每个参量对话框中的上下数据栏里的数据分别为调试的上下限。可在元件属性列表里改变，也可以在这里改变，这里改变的数值将不改变元件属性列表里的上下限。目前二十八页\总数四十五页\编于十点调试结果调试后的参数为：P1＝3.3mm，p2＝4.1mm，p3＝12.1mm，p4＝6.2mm，p5＝12.6mm，p6＝6.7mm，p7＝12.9mm注意，调试结果因人而异，没有准确的标准经过调试以后，仿真波形满足设计要求。请随时保存文件目前二十九页\总数四十五页\编于十点查看数据打开Circuit>DesignProperties…可打元件属性列表，可查看最终的元件参数值。目前三十页\总数四十五页\编于十点同轴低通滤波器的设计目前三十一页\总数四十五页\编于十点

滤波器指标：

f0＝2GHZIL<=0.1dBf1＝3GHZ时抑制达到-50dB

同轴线外径8.8mm，使用圆形外导体高阻线内径0.5mm低阻线内径7.8mm

绝缘套筒厚度0.5mm，介电常数2.1

目前三十二页\总数四十五页\编于十点注意事项用Designer设计高低阻抗线低通滤波器时，最终的设计结果总是以第一段为串联电感（高阻线）的形式实现，而实际中我们要求的往往是第一段为并联电容（低阻线）的形式，因此在设计转换成电路原理图之前，我们要对设计进行一些改变，把串联电感等效成并联电容，并联电容等效成串联电感。转换时，高、低阻抗线的特性阻抗值都会改变，结果不满足我们对高、低阻线的特性阻抗要求。为了得到需要的特性阻抗，我们要根据变换以后的特性阻抗值反推初始阻抗值。具体的操作将在下面进行。目前三十三页\总数四十五页\编于十点低通示例目前三十四页\总数四十五页\编于十点同轴高低阻抗线示例目前三十五页\总数四十五页\编于十点建立新设计如图选择滤波器类型目前三十六页\总数四十五页\编于十点APPCAD计算特性阻抗可见高低阻抗线的特性阻抗分别为172Ω、5Ω。目前三十七页\总数四十五页\编于十点滤波器规格设置注意选中“Optimizepassbandcorne”如图设置滤波器规格，其中fp1设为2GHZ。在对话框的右半部分可以看出大致波形，可见用13节低通可以满足要求。目前三十八页\总数四十五页\编于十点滤波器属性介电常数为一，同轴线内径为8.8mm目前三十九页\总数四十五页\编于十点高、低阻抗转换点击工具栏中的“dualcircuit”，转换高低阻抗目前四十页\总数四十五页\编于十点比较转换后的阻抗双击转换后的元件，可以看到转换后的每个元件数值，经过比较可得：172Ω－>14.534884Ω5Ω－>500Ω目前四十一页\总数四十五页\编于十点按照新阻抗设计低通重新设置高低阻抗分别为500Ω14.534884Ω目前四十二页\总数四十五页\编于十点完成设计转换电路结构：可以看到转换后得的电路特性阻抗满足我们的要求，第一段为5Ω低阻线第二段为17