用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計

1、用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 實驗 矩形微帶天線的設(shè)計 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 （一）實驗?zāi)康?n了解微帶天線設(shè)計的基本流程 n掌握矩形微帶天線的設(shè)計方法 n熟悉在ADS的layout中進(jìn)行射頻電路設(shè)計 的方法 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 （二）設(shè)計要求 n用陶瓷基片（r9.8），厚度h 1.27mm，設(shè)計一個在3GHz附近工作的 矩形微帶天線。 n基片選擇的理由是：陶瓷基片是比較常 用的介質(zhì)基片，其常用的厚度是h 1.27mm，0.635mm，0.254mm。其中 1.27mm的基片有較高的天線效率，較寬 的帶寬以及較高的增益。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 （三）微帶天線的技術(shù)指標(biāo) n輻射

2、方向圖 n天線增益和方向性系數(shù) n諧振頻率處反射系數(shù) n天線效率 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 （四）設(shè)計的總體思路 n計算相關(guān)參數(shù) n在ADS的Layout中初次仿真 n在Schematic中進(jìn)行匹配 n修改Layout，再次仿真，完成天線設(shè)計 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 （五）相關(guān)參數(shù)的計算 n需要進(jìn)行計算的參數(shù)有 n貼片寬度W n貼片長度L n饋電點的位置z n饋線的寬度 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 （五）相關(guān)參數(shù)的計算（續(xù)） n貼片寬度W、貼片長度L、饋電點的位置 z可由公式計算得出 n饋線的寬度可以由Transmission Line Calculator 軟件計算得出 用ADS軟件進(jìn)

3、行濾波器設(shè)計 （五）相關(guān)參數(shù)的計算（續(xù)） 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 （六）用ADS設(shè)計過程 n有了上述的計算結(jié)果，就可以用ADS進(jìn) 行矩形微帶天線的設(shè)計了 n下面詳細(xì)介紹設(shè)計過程 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 ADS軟件的啟動軟件的啟動 n啟動ADS進(jìn)入如下界面 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 創(chuàng)建新的工程文件 n進(jìn)入ADS后，創(chuàng)建一個新的工程，命名 為rect_prj。打開一個新的layout文件， 首先設(shè)定度量單位。在ADS中，度量單 位的缺省值為mil，把它改為mm。方法 是：單擊鼠標(biāo)右鍵Preferences Layout Units ，如下圖所示 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 設(shè)定度量單位

4、 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 介質(zhì)層設(shè)置 n在ADS的Layout中進(jìn)行設(shè)計，介質(zhì)層和金 屬層的設(shè)置很重要 n在菜單欄里選擇Momentum SubstrateCreate/Modify， 在 Substrate Layer標(biāo)簽里，保留FreeSpace 和/GND/的設(shè)置不變，點擊Alumina 層，修改其設(shè)置為： 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 介質(zhì)層設(shè)置（續(xù)） 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 金屬層設(shè)置 n點擊Metallization Layers標(biāo)簽，在Layout Layer下拉框中選擇cond，然后在右邊的 Definition下拉框中選擇Sigma（Re， thickness），參數(shù)設(shè)

5、置如下頁圖。 n然后在Substrate Layer欄中選擇“-” 后，點擊“Strip”按鈕，這將看到“- Strip cond”。一切完成后，點擊OK。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 金屬層設(shè)置（續(xù)） 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 在Layout中制版 n準(zhǔn)備工作做好以后，下面就可以進(jìn)行 Layout中的作圖了。 n先選定當(dāng)前層為v cond，再按照前面計 算出來的尺寸作圖。 n最后在饋線端加入端口 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 在Layout中制版（續(xù)） 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 仿真預(yù)設(shè)置 n在進(jìn)行l(wèi)ayout仿真之前，先要進(jìn)行預(yù)設(shè)置。 在菜單欄選擇Momentum -Mesh- Setu

6、p，選擇Global標(biāo)簽。 鑒于ADS在 Layout中的Momentum仿真是很慢的， 在允許的精度下，可以把“Mesh Frequency”和 “Number of Cells per Wavelength” 設(shè)置得小一點 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 仿真預(yù)設(shè)置（續(xù)） 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 進(jìn)行仿真 n點擊Momentum - Simulation - S- parameter彈出仿真設(shè)置窗口，該窗口右 側(cè)的Sweep Type選擇Linear， Start、 Stop分別選為2.5GHz、3.5GHz， Frequency Step選為0.05GHz。Update后， 點擊Simu

7、lation按鈕。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 仿真結(jié)果 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 對仿真結(jié)果的探討 n由上圖可見，理論上的計算結(jié)果與實際 的符合還是相當(dāng)不錯的，中心頻率大約 在左右。只是中心頻率處反射系數(shù)S11還 比較大，從而匹配不理想，在3GHz處， m1距離圓圖上的坐標(biāo)原點還有相當(dāng)?shù)木?離。在3GHz下的輸入阻抗是：Z0*（） j22.1 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 總體的2D輻射方向圖 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 在原理圖中進(jìn)行匹配 n為了進(jìn)一步減小反射系數(shù)，達(dá)到較理想 的匹配，并且使中心頻率更加精確，可 以在Schmatic中進(jìn)行匹配。 n天線在3GHz下的輸入阻抗是：Z0* （0

8、.103-j0.442）5.15j22.1，這可以 等效為一個電阻和電容的串連。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 匹配原理 n匹配的原理是：串聯(lián)一根50歐姆傳輸線， 使得S11參數(shù)在等反射系數(shù)圓上旋轉(zhuǎn)，到 達(dá)g=1的等g圓上，然后再并聯(lián)一根50歐 姆傳輸線，將S11參數(shù)轉(zhuǎn)移到接近0處。 所需要計算的就是串連傳輸線和并聯(lián)傳 輸線的長度 nADS原理圖中優(yōu)化功能可以出色的完成 這個任務(wù) 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 匹配過程 n新建一個Schematic文件，繪出如下的電路圖： 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 匹配過程（續(xù)） n其中TL1和TL2的L是 待優(yōu)化的參量，初值 取10mm，優(yōu)化范圍 是1mm到2

9、0mm。 n設(shè)置好MSub的值 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 匹配過程（續(xù)） n插入S參數(shù)優(yōu)化器，一個 Goal。其中Goal的參數(shù) 設(shè)置如下： n這里dB（S（1，1） 的最大值設(shè)為-50dB，是 因為在Schematic中的仿 真要比在Layout中的仿 真理想得多，所以要求 設(shè)置得比較高，以期在 Layout中有較好的表現(xiàn)。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 匹配過程（續(xù)） n設(shè)置好OPTIM。 n常用的優(yōu)化方法有Random(隨機)、 Gradient(梯度)等。隨機法通常用于大范圍 搜索，梯度法則用于局部收斂。這里選擇 Random。 n優(yōu)化次數(shù)可以選得大些。這里設(shè)為300。 n其他的參數(shù)一

10、般設(shè)為缺省即可。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 匹配過程（續(xù)） n優(yōu)化電路 圖為： 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 匹配過程（續(xù)） n點擊仿真按鈕，當(dāng)CurrentEF0時，優(yōu) 化目標(biāo)完成。把它update到原理圖上 （SimulateUpdate Opimization Values）。 nDeactivate優(yōu)化器。最終原理圖如下： 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 匹配過程（續(xù)） 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 原理圖中的仿真 n點擊仿真 按鈕，可 以看到仿 真結(jié)果為： 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 原理圖中的仿真（續(xù)） n放置Marker可以得到更詳細(xì)的數(shù)據(jù) n在中心頻率f3GHz處，S(1,1)的幅值

11、是 5.539E-4，可見已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)理想的匹 配。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 修改Layout n參照Schematic計算出來的結(jié)果，修改Layout圖形如下 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 兩點說明 n由于這里是手工布板，而不是由 Schematic自動生成的，傳輸線的長度可 能需要稍作調(diào)整(但不超過1mm)。注意 要把原先的3mm饋線長度也算進(jìn)去。 n為了方便輸入，在電路的左端加了一段 50的傳輸線。其長度對最終仿真結(jié)果的 影響微乎其微。這里取1mm。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 仿真結(jié)果 n按照前述的步驟進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果是 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 仿真結(jié)果（續(xù)） n為了較精確地給出匹配的結(jié)果，我們將 仿真頻率范圍設(shè)為2.9GHz到3.1GHz，步 長精確到10MHz。 n可見進(jìn)行原理圖匹配的結(jié)果是十分理想 的。 n下面具體給出一些仿真結(jié)果。 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 總體的2D輻射方向圖 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 天線增益和方向性系數(shù) 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 天線效率 用ADS軟件進(jìn)行濾波器設(shè)計 （七）設(shè)計小結(jié) n矩形微帶天線設(shè)計是微帶天線設(shè)計的基礎(chǔ)，然 而作為一名新手，想熟練順利地掌握其設(shè)計方 法與流程卻也有些路要走。 n多仿照別人的例子操作，多自己動手親自設(shè)計， 多看幫助文件，是進(jìn)入射頻與微波設(shè)計殿堂的 不是捷徑的捷