平行耦合微帶帶通濾波器設計

1、研 究 生 課 程 論 文(2015-2016學年第一學期)射頻電路分析與設計研究生：提交日期： 2015年2月22日 研究生簽名：學 號學 院課程編號S0001001課程名稱學位類別碩士任課教師教師評語： 成績評定： 分 任課教師簽名： 年 月 日 說 明 1、課程論文要有題目、作者姓名、摘要、關鍵詞、正文及參考文獻。論文題目由研究生結合課程所學內容選定；摘要500字以下，博士生課程論文要求有英文摘要；關鍵詞35個；參考文獻不少于10篇，并應有一定的外文文獻。2、論文要求自己動手撰寫，如發(fā)現論文是從網上下載的，或者是抄襲剽竊別人文章的，按作弊處理，本門課程考核成績計0分。3、課程論文用A4紙

2、雙面打印。字體全部用宋體簡體，題目要求用小二號字加粗，標題行要求用小四號字加粗，正文內容要求用小四號字；經學院同意，課程論文可以用英文撰寫，字體全部用Times New Roman，題目要求用18號字加粗；標題行要求用14號字加粗，正文內容要求用12號字；行距為2倍行距（方便教師批注）；頁邊距左為3cm、右為2cm、上為2.5cm、下為2.5cm；其它格式請參照學位論文要求。4、學位類別按博士、碩士、工程碩士、MBA、MPA等填寫。5、篇幅、內容等由任課教師提出具體要求。基于ADS設計平行耦合微帶線帶通濾波器摘要：介紹了平行耦合微帶線帶通濾波器設計的基本原理，使用安捷倫公司的ADS電磁仿真軟件

3、具體設計了一個通帶范圍為4.8GHz至5.2GHz的一個帶通濾波器。該帶通濾波器的通帶內的插入損耗低于3dB,相對相速度是真空中電磁波傳播速度的60%，2倍的歸一化頻率處的衰減低于50dB,輸入輸出阻抗均設置成了50，設計達到了給定的指標要求。關鍵詞：ADS 帶通濾波器 平行耦合微帶線1、 平行耦合微帶線帶通濾波器的基本原理：平行耦合線微帶帶通濾波器是由幾節(jié)半波長諧振器組成，結構簡單，易于實現，可以印制在很薄的介質基板上。平行耦合線微帶帶通濾波器的結構如圖1 所示1 , 它是由若干帶通耦合線節(jié)相連組成, 左右對稱, 每一個耦合線節(jié)長度約為1/4 波長(對中心頻率而言，電長度約為90deg),

4、其等效電路如圖1 下方所示。由等效電路看出,它相當于一個導納倒置轉換器和接在兩邊的兩段電角度為、特性導納為Y0 的傳輸線段的組合。圖1 平行耦合微帶帶通濾波器及其等效電路通過查閱相關的文獻2-4，這里將直接給出平行耦合微帶帶通濾波器各個參數的計算公式，通過上述公式可以很方便的計算出各段平行耦合微帶線的奇偶模阻抗，然后利用ADS中附帶的各種工具，可以很方便地算出各個單元的具體尺寸。2、 設計實例：1.設計要求： Design a band pass filter satisfies the following：1.lower cutoff frequency 4.8 GHz, upper cut

5、off frequency 5.2 GHz;2.Insertion loss in the pass-band is smaller than 3 dB;3.Loss is greater than 50 dB when the normalized frequencies are larger than 2;4.The relative phase velocity is 60% of the velocity in vacuum.5.The input and output impedance are both 50 Ohm.Use schematic tool to simulate a

6、nd realize it with the layout tool (Momentum) in ADS. Give both the schematic and layout of the final filter amplifier circuit, detailed simulation procedure, and the simulation results obtained with both the schematic and layout circuit;2. 濾波器的階數的確定：依題可得：f1=4.8GHz, f2=5.2GHz, Z0=50 則：中心頻率：f0= (f1+f

7、2)/2=5GHz相對帶寬：BW = (f2-f1)/f0=0.08 在f s2 =4.6 GHz 和f s1 =5.4 GHz 上衰減不小于50 dB(s =50 dB), 通帶內衰減p 小于3 dB , 輸入、輸出的特征阻抗均Z0 =50 , 介質基片的r =2.78（通過其相速度是真空中光速的60%計算得出的） ,其厚度h =1.6 mm , 導體層厚度35 。=2 故我們在這里選取濾波器的階數為7階，這樣更有利于帶外抑制。3. 平行耦合線尺寸的計算： 通過查表如圖二所示，可以得到低通原型中到的值，進一步通過上述的公式，可以計算出每一段平行耦合微帶線的奇偶模特征阻抗。所有結果如表一所示。

8、圖二 3分貝紋波的切比雪夫低通濾波器的阻帶衰減特性表1. 耦合線參數NgnZ0Z0eZ0OW(mm)S(mm)L(mm)01503.14769.878313.581261.232242.33783.879390.985159.957920.772354.100146.48054.154262.933519.8733734.638653.538246.90224.166163.328569.8726840.803953.463646.95944.167703.388779.8727354.638653.538246.90224.166163.328569.8726860.772354.10014

9、6.48054.154262.933519.8733773.581261.232242.33783.879390.985159.957981503.14769.87834. 原理圖仿真與優(yōu)化：按照以上計算出來的初始數據在ADS中畫出了原理圖，并測試了結果。分別如圖三與四所示。初次仿真的結果達不到設計的要求，故在此基礎上對原理圖進行了優(yōu)化，優(yōu)化的原理圖和優(yōu)化后的結果分別如圖五和六所示。圖三 未優(yōu)化的原理圖圖四 未優(yōu)化時得到的S21與S11圖五 優(yōu)化的電路原理圖圖六 原理圖優(yōu)化后的S21與S11當我同時調節(jié)8個平行耦合微帶線的長度時，我發(fā)現整個頻帶會整體搬移，于是我對耦合微帶線的長度進行了優(yōu)化，得

10、到了滿足設計要求的設計。5. 版圖的仿真和優(yōu)化：ADS中有直接將原理圖轉化為版圖的工具，直接利用這個工具，將上面設計的原理圖轉化為版圖，如圖七、圖八所示。圖七 濾波器版圖圖八 基板的設置版圖生成完畢后，對版圖進行了仿真。仿真的結果如圖九所示。仿真結果與原理圖仿真的結果對不上，同時也沒有達到設計的要求。圖九 版圖仿真結果將版圖文件保存為symbol文件，導入原理圖中進行優(yōu)化，結果得到了一定的改善，仿真結果如圖十所示。圖十 優(yōu)化后的版圖3 結論：理論數據與實際得出的結果會存在一定的偏差，上述計算出來的理論數據，設計出來的濾波器并沒有達到設計指標。后來通過改變微帶耦合線的電長度，優(yōu)化出了相應的結果，這實際上是對開路線末端電容延長效應進行了驗證。參考文獻： 1 鐘蔚杰, 楊景曙.微帶線帶通濾波器的ADS 輔助設計 J .現代雷達, 2008, 30(3):83-85 . 2 黃玉蘭.ADS