ADS低通濾波器的設(shè)計及仿真

1、電子信息與電氣工程系通信工程格立工幫承嚏Fttji己n University of Tectinolagy電磁場與微波技術(shù)課程設(shè)計報告課程題目：低通濾波器的設(shè)計與仿真 姓 名:指導教師：系 另上專 業(yè):班 級: 學 號:.資料.完成時間:低通濾波器的設(shè)計與仿真摘要：微波濾波器是用來別離不同頻率微波信號的一種器件。它的主要作用是抑制不需要的信號，使其不能通過濾波器，只讓需要的信號通過。在微波電路系統(tǒng)中，濾波器的性能對電路的性能指標有很大的影響，因此如何設(shè)計出一個具有高性能的濾波器，對設(shè)計微波電路系統(tǒng)具有很重 要的意義。微帶電路具有體積小，重量輕、頻帶寬等諸多優(yōu)點，近年來在微波電路系統(tǒng)應用廣泛，其

2、中用微帶做濾波器是其主要應用之一。關(guān)鍵詞：ads;微帶線；低通濾波器一、設(shè)計思路1、設(shè)計要求：截止頻率：1.1GHz,通帶波紋小于 0.2dB,在1.21GHz處具有不小 于25dB 的帶外衰減。2、方案選擇利用橢圓函數(shù)濾波器設(shè)計并仿真，經(jīng)過優(yōu)化后，結(jié)果調(diào)出來的波形能到達指標，但波形會形成帶阻波形，只能實現(xiàn)在一定圍低通。所以不選。利用切比雪夫濾波器設(shè)計并仿真，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試后可用。3、設(shè)計法案首先用LC設(shè)計低通濾波器集總參數(shù)模型當頻率工作在高頻時，要用微帶線代替LC元件。高阻抗微帶線代替串聯(lián)電感，低阻抗微帶線代替并聯(lián)電容。一般取 Zhigh=120 Q,Zlow=20 Qo在輸入和輸出加上50

3、微帶線。然后根據(jù)設(shè)計要求通過ADS自帶的Linecalc計算轉(zhuǎn)換過來的微帶線長和寬。在進展設(shè)計時，主要以濾波器的 S參數(shù)作為優(yōu)化目標進展優(yōu)化仿真。S21S12S表示傳輸參數(shù)，濾波器的通帶，阻帶的位置以及衰減，起伏全部表現(xiàn)在 S21S12隨頻率變化的曲線上。S11S22參數(shù)是輸入、輸出端口的反射系數(shù)，由它可以 換算輸入輸出的電壓駐波比。如果反射系數(shù)過大，就會導致反射損耗過大， 影響系統(tǒng)的后級匹配，使系統(tǒng)性能下降。板材設(shè)置：H基板厚度=0.8mm, Er基板相對介電常數(shù)=2.2, Mur 磁導率=1 , Cond金屬電導率=1E+50 , Hu封裝高度=1E+033mm , T金屬層厚度=0.01

4、mm, TanD損耗角正切=0。二、仿真過程及電路原理圖、幅員、 S參數(shù)等經(jīng)過ADS軟件的仿真和折中，以下就以相比照擬好的方案為例介紹詳細過程以及電路 和幅員仿真的情況。低通濾波器集總參數(shù)模型如圖1所示：dO；3dUi-CJiaCW HTi31THaorflErttLp,n* a ST9 arl9F1aHF Erv1alpqHHS4r 而: EftAiinwpM 3 fiw圖1原理圖設(shè)計并加 T型接口如圖2所示：Mj-rn=iW=*n mnn L=l 1 m ESUB ”5觸底口 mm,ft -imfe：TseI Iwn . femiZZ-50 Ohm * W E心 niu2 nrr叫“市?w

5、3-niri刊3 nwiyuiU H 她grrn w2nirnrm-1 mrnf .= l.l - iM3 e , , L-ii mmSut-Ur/Sutr 方=w5 mm LM6 rfimTie與此與1，為心r四二M rrnL調(diào)mmTLW圖g ,* Kw&mmL=l6舊陋3曲率 押千斗wii-i iri圖2優(yōu)化控件如圖 3所示:GOALGOALg OPTWLJpbmCSoal HEstpr-,!A(?，/mFqm 匚舊 M nrrH* =B；SF 1M in 3.Ma*=-JWeip|M= Il DORjnHfjrVAr|lsL lri*iRjfi：Min(1=-1 1GHZFLariHeM

6、aj1J|-1 IGHlZQibdl -OplimrUaaiJ!1FehF網(wǎng)莒信戶爐 Slmln-oi btk：DN iarg=p 與尸 1H in-C- 31MU?VYufrrt=blfedE.Fiar- & O 即皿禮扇啕124FifialAnedyBr=TJQrter N nTkl imGoil啊2 Sc lB! StVailWH-.sfjeM-= .a .5aM3i3eis=yes旨3 W?OfrtiE31E HOU pd a-lwCrHlaelISnU DE Hal =no 呂啟5 同 I llli mnon*c* U fifiAJ I 匚他 1X母rp=yM未經(jīng)優(yōu)化原理圖仿真的 S

7、2, 1參數(shù)如圖4所示:ODGtiz 歸 d 102fTir JiIjt匚9加 gH/ dB彩(21正七199m2freq-1 210GHzG日網(wǎng)，m?3m3mlfruq=1100GHz8升 optlter=0a Zm3treq=7OO CMHzdBjS2 1)=-0 192 0Plite rR械GHz圖5apiller-0圖6電路圖仿真成功后進展 PBC幅員的生成和仿真，利用 ADS軟件生產(chǎn)幅員如圖 6:圖中ml位置即為1.1GHz,與要求衰調(diào)圖4dB還有差距。因此需要對原電路進展優(yōu)化,優(yōu)化完后的S2, 1參數(shù)如圖5所示：m2tieq=1 21DGHZ-2S.U1K由圖5可看出經(jīng)過優(yōu)化后的

8、S2, 1參數(shù)到達設(shè)計要求。當生成幅員后，在幅員的兩端邊沿打上兩個Port,設(shè)置Port的板層和幅員的 板層致。 接下來就是把原理圖的參數(shù)導入5幅員中，點擊幅員窗口菜單中的Momentum -Substrate - Update From Schematic從原理圖中獲得參數(shù)。之后點擊Momentum - Simulation- S-parameter彈出仿真設(shè)置窗口，該窗口右側(cè)的Sweep Type選才A Adaptive,起止頻率設(shè)為與原理圖中一樣，采樣點數(shù)限制取10 （因為仿真很慢，所以點數(shù)不要取得太多）。然后點擊Update按鈕，將設(shè)置填入左側(cè)列表中，點擊Simulate按鈕開場進展仿

9、真。仿真完 S2, 1參數(shù)波形如圖7:圖7由圖7可看出幅員仿真的截止頻率與設(shè)計要求還有點偏差，重新回到原理圖窗口進展優(yōu)化仿真，產(chǎn)生這種情況的原因是微帶線的寬度取值不適宜，可以改變優(yōu)化變量的初值，也可根據(jù)曲線與指標的差異情況適當調(diào)整優(yōu)化目標的參數(shù)，重新進展優(yōu)化。經(jīng)過屢次重新優(yōu)化后得到如圖8的S2, 1參數(shù)波形：I圖 8 由圖8可看出相比圖7更接近設(shè)計要求，且證明幅員仿真與設(shè)計要求也一直，此時的微帶的長和寬的參數(shù)如圖 9所示：1二 1 VAI74 F? 1 w 1-1 _3W 2=640 43 1 e-O3 oe-O3-W 5 = S 94NO9 w6 = SP9 1 7OG 16= 24. 11

10、1 S Oj圖9三、設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計是用 ADS設(shè)計微帶低通濾波器，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計所要制作的濾波器的 原理圖。經(jīng)過小組討論后決定用切比雪夫濾波器原型來設(shè)計。根據(jù)所給的參數(shù)計算出所要設(shè)計的濾波器需要的階數(shù)為 9,之后根據(jù)上網(wǎng)查找的經(jīng)歷方法用ADS自帶的微帶計算器算計算出所要用的微帶的長和寬，設(shè)計完后進展優(yōu)化時卻無法優(yōu)化出符合設(shè)計要求的S2, 1參數(shù)波形，之后小組上網(wǎng)查找， 在微波仿真論壇得到說可用橢圓函數(shù)濾波器制作。用進展了使用橢圓函數(shù)濾波器的制作，結(jié)果得到的波形是能滿足帶波紋、截至頻率、阻帶頻率，但所得圖形是阻帶圖形，只能滿足在一定圍實現(xiàn)低通。 通過查找資料可以利用集總的方法讓ADS自行得出階數(shù)與原理圖，于是變用集總的方式得出了切比雪夫11階濾波器，之后用第一次的計算方法，再經(jīng)過優(yōu)化終于得到正確的波形且完全符合設(shè)計要求。通過本次課程設(shè)計，使我不僅學到了通信專業(yè)相關(guān)的知識，更重要的是掌握ADS的根本使用方法。通過實驗，使我更直觀地去