切比雪夫帶通濾波器要點

1、灰曲建N攀洗課程設(shè)計題 目切比雪夫帶通濾波器的設(shè)計學生姓名 學號所在院（系）物理與電信工程學院專業(yè)班級電子1104指導(dǎo)教師聶翔完成地點博遠樓計算機實驗室2014年1月08日摘要微波濾波器在衛(wèi)星通信、雷達技術(shù)、電子對抗及微波測量儀器中都有廣泛的應(yīng)用。無論是發(fā)射機還是接收機， 都需要選擇特定頻率的信號進行處理，濾除其他頻率的干擾信號，這就需要使用濾波電路來分離有用信號和干擾信號。切比雪夫濾波器在過渡帶比巴特沃斯濾波器的衰減快，但頻率響應(yīng)的幅頻特性不如后者平坦，切比雪夫濾波器和理想濾波器的頻率響應(yīng)曲線之間的誤差最小。本文借助 ADS200防真軟件，設(shè)計出一種切比雪夫帶通濾波器，簡 化了設(shè)計步驟，節(jié)省

2、了設(shè)計時間。關(guān)鍵字：ADS軟件帶通濾波器切比雪夫目錄1設(shè)計方法與參數(shù)31.1 將帶通原型參數(shù)變換為低通原型參數(shù)； 31.2 參數(shù)計算32軟件仿真42.1 創(chuàng)建項目42.2 利用ADS的計算工具tools完成對微帶濾波器的計算 52.3 設(shè)計原理圖52.4 原理圖仿真62.5 原理圖優(yōu)化82.6 版圖生成與仿真 123設(shè)計心得：13參考文獻14151設(shè)計方法與參數(shù)設(shè)計帶通濾波器的方法有很多種， 但最為產(chǎn)檢的是低通原型濾波器綜合法和數(shù)值法，這兩種方法與設(shè)計師多種可能解決方案之間的抉擇緊密關(guān)聯(lián)。相對與巴特沃茲濾波器， 切比雪夫濾波器具有的較窄的過渡帶， 但這是以犧牲濾波器通帶和阻帶的波紋性換來的。主

3、要的技術(shù)指標：(1)中心頻率fo：2.5GHz;(中心頻率fo =J7hfl, fh、 fi分別為帶通濾波器的上、下邊界頻率。)(2)輸入輸出阻抗：50夏；(3)帶內(nèi)波動：3dB;(通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量)(4)相對帶寬：20%;(信號帶寬與中心頻率之比)(5)階數(shù)：3階1.1將帶通原型參數(shù)變換為低通原型參數(shù)；fo由低通原型濾波器變換為帶通濾波器的公式為:BW fo其中fo = fT為帶通濾波器中心頻率，*、分別為帶通濾波器的上、下邊界頻率。BW為濾波器的帶寬BW=fh-fl。依據(jù)切比雪夫低通濾波器原型的歸一化元件值可得：3階帶通濾波器元件值依次為：g0=1.0、g1=1.5963、g2

4、=1.0967、g3=1.5963、g4=1.0。1.2參數(shù)計算使用歸一化設(shè)計參數(shù)g1-g4和歸一化帶寬BWT以得到通帶濾波器的設(shè)計參數(shù)Ji,i 1二 BWZ。2gigi 1Jn,n 1二 BWZ0 2 gngnd由上式的通帶電路設(shè)計參數(shù)可以得到奇模和偶模特征阻抗，其值為：ZO |i ,i 1 二Z0 1-ZoJi-Z0 Ji,i 1ZeI = Z 1 Z J |i,i i jo i,i 1Zo Ji,i 1式中Z0為特征阻抗，取值為50 c ,將g0=1.0、g1=1.5963、g2=1.0967、g3=1.5963、g4=1.0 帶入上述式中依次得到:J0,1 =0.0140、J* =0.

5、0119、12,3 =0.0119、J3,4 =0.0140解出特征阻抗為：奇模：Zo |。，1=39.50、Zo |,2=37.95、Zob,3=37.95、Zo b,4 =39.50偶模：ZE 10,1=109.50、ZE 1,2 =97.45、ZE |2,3 =97.45、ZE 13A =109.502軟件仿真2.1 創(chuàng)建項目啟動ADS軟件，彈出主視窗。選擇主視窗中的 【file】菜單-【new project】，彈出【new project】對話框，在【new project對話框輸入項目名稱和這個項目默認的長度單位。丁 雷New Design:3unti tled4|Type of

6、Network Analog/KF Network 。Digital Signal ProcesEirtig NetworkCreate： Hew Design in： Current Wind。冒 , 1 New Schemati c 邛irudow。N電w Layout WindowDesiContent Schematic WizardSehftihati.e 口些：sign 罡?。?自上電£ COptioiksl<none>VDgsigrt Tftehik&l&gy Files：ADS St皿dard： Length unit-millimeter

7、v Vi ew Dtuils,. project default.OKCancelHelp2.2 利用ADS的計算工具tools完成對微帶濾波器的計算ADS軟件中白工具tools,可以對不同類型的傳輸線進行計算，使用者可以利用計算工具提供的圖形化界面進行設(shè)計。對于平行耦合微帶線來說，可以進行物理尺寸和電參數(shù)之間的數(shù)值計算，若給定平行耦合微帶線奇模和偶模的特性阻抗，可以計算平行耦合微帶線導(dǎo)體帶的角度和間隔距離。下面利用ADS軟件提供的計算工具，完成對平行耦合微帶線的計算。在原理圖上，選擇【tools】菜單->【LineCalc】-> Start LineCalc】命令,彈出【Line

8、Calc】 計算窗口。如圖示。Pf lineCsIc/uretitlwl| n設(shè)置所需參數(shù)。在【LineCalc 計算窗口選擇如下：Er=2.7,表示微帶線基板的相對介電常數(shù)為2.7。Mur=1 ,表示微帶線的相對磁導(dǎo)率為1。H=1mm,表示微帶線基板的厚度為1mm。Hu=1.0e+033,表示微帶線的封裝高度為1.0e+033。T=0.05mm ,表示微帶線的導(dǎo)體厚度為0.05mm。Cond=5.8E+7,表示微帶線導(dǎo)體的電導(dǎo)率為5.8E+7。TanD=0.0003 ,表示微帶線的損耗角正切為0.0003.Freq=2.4GHZ ,表示計算時采用的頻率為2.4GHZ.Ze,表示計算時偶模的特

9、性阻抗。Z。，表示計算時奇模的特性阻抗。2.3 設(shè)計原理圖在原理圖的元件面板列表中，選擇【 TLines-Microstrip ,元件面板上出現(xiàn)對應(yīng)的元件 圖標。在元件面板上選擇Mcfil , 4次插入原理圖的畫圖區(qū)，可以設(shè)置這段微帶線的導(dǎo)體帶寬度W,導(dǎo)體帶間隔S和長度L。分別雙擊畫圖區(qū)的 4個Mcfil ,將4個Mcfil的數(shù)值根據(jù)列表中的數(shù)值設(shè)置，在微帶線元件面板上選擇 一段長度的微帶線，可以設(shè)置這段微帶線的寬度 參數(shù)仿真元件面板，在元件面板上選擇負載終端 完成連線如下圖MLIN ,兩次插入原理圖的畫圖區(qū)，MLIN是W和長度L。分別雙擊可以設(shè)置。選擇 STerm,兩次插入原理圖，再插入兩次

10、地線，爭一£*£ ms號: 直耳提季序尸昌營B三號. 篁害：<2染 L .通iksRSW菖, 空彗一XSL SS 星5-. 也一宣音 寓.S 蒼H翠： 1 . 二亙?nèi)?。 - 1字嗜E'一 ：量量5空當.S迨 nn.舌RL白=3 一 一. S*ASC- - lg g- 5渡5蜃邕一 品置sf苴蜜1-4JT-8 -.,S-巨 .惠.富一3言2.4 原理圖仿真在仿真之前，首先設(shè)置S參數(shù)仿真控件SP, SP對原理圖中的仿真參量給出取值范圍，當S參數(shù)仿真控件 SP確定后，就可以仿真了。在S參數(shù)仿真元件面板 【Simulation-S_Param】 上，選才I S參數(shù)仿

11、真控件SP,插入原理圖區(qū)，又S參數(shù)控件設(shè)置如下 start=1.0GHz , stop=4GHz , step=20MHz潦 S-PARAMETERSS_ParamSP1Start=1.O GHzStop=4 GHzStep=20 MHz仿真后波形如下mlf req =1,940GHz dBS(2)，= 0.571m3freq =2 440GHz dB(S(2T1)二 0.530m2 freq=2.900GHz dB(S 1)3579(uMmmp序號頻率dB(S(2, 1)M11.940GHz0.571M22.900GHz0.579M32.440GHz0.530從圖中得中心頻率為 2.44,出

12、現(xiàn)偏移，且通帶帶寬太大，帶內(nèi)紋波和衰減不滿足要求, 所以要進行優(yōu)化。2.5 原理圖優(yōu)化修改平行微帶線段的取值方式，將平行耦合微帶線段的導(dǎo)體帶寬度 w兩個導(dǎo)體帶的間 隔S和耦合微帶線的長度 L設(shè)置為變量，并設(shè)置相鄰平行耦合微帶線的尺寸， 分別在下面窗 口中設(shè)置4段微帶線設(shè)置完成后，在原理圖的工具欄選擇 【VAR按鈕，插入原理圖的畫圖區(qū)。 在畫圖區(qū)雙擊 VAR 彈出Variables and Equations 對話框，在對話中！中對變量 w1、si、11、w2、s2、12 的范圍進行設(shè)置得到直VAR L VAR1W1 =2.026219 t o w2=2,5701 t ° .51=0.

13、27101 to s2=1.240136 t o 11=21.4913 tQ 12=21 t0792 t o在原理圖中插入優(yōu)化控件Optim,雙擊優(yōu)化控件 Optim ,設(shè)置優(yōu)化次數(shù)為100次OPTIMOptim*liJLJaL4kOptim 1Optim Type-RandomUseAIIGoals-yes- Maxlters = 100Sa mbCu rre nt E F=noDesiredError=0.0StatusLevel=4FinalAnalysis-fNone,FNorm alizeGoals=noSetBestValues=yesSeed=SaeSolns=yesSaeGoa

14、ls=yesSaveOptimVars=noU pdate Datas et=ye sSaeNominal=noSa®Alllterations=noUseAIIOptVars=yes在原理圖中插入 3個目標控件GOAL,Z擊設(shè)置如下GOALGOALGOAL Gcsil Gaal- GqM - - .OpfimGoall ,Optim Gpai2.Optim Gqal3 .EKpr="dB(S(2!1)"Expr=wdB(Spr1)fBcpr=wdB (3(2.1)"Siml nstanc eNamHSi minstanc &Nam e-'

15、;SPTSI m Instance Nam fi="SPi'Mln=4.5Mfn-Mln=Max=Max=20Max=20. WeightsWeight-. WeightsRa ngeVar1 ="frag"Range Var1 ="fr&q",RangflVar1='1frsq"RangeMin1=2.25GI-izRange Min1=1.g9GHzRangaMin1=2.SGI-kRangeMa41-2.75GHzRangei1=1SGH 工Rang eMax1 =2.91G Hi最后所得的優(yōu)化原理圖為f

16、fl -9 - 叁耳電冒 重靜或 .需跟t.Q .1£ 士察里迫一籌. fsEed爸得sj 尊一窗展 后擊密E5 由能0M律T 一，疊且母 學要一星-幣= 筐登量小童一一史番Ha營汽當ERir Uqs爹一克M S - - -S - .BS. :左津百旨昌S -: =; H .一A弓一 T7-3-看.-8 -.印輕聲K -1:B S當 昊3:-C晟- - -一-裹號.-手看邕5二月一 工總：-£i-蓼.2苧- 穹一S.4R : :號1 - H 重« 箸篁出 豈易要 襄舌一醺匕室一 -is.二普昌§s;§一s': - - 1- - , S3

17、, . - H9錄咯. - Sff:摹.-離M聾 窟3件善. 尊薦一一曲答一冢m -富超)室國普茅冬.WS一摹一陽堂當F君：白一率三仙送岳蒙重而篁S屆器f5E晝. WAW *得式 g-M 五言 L等-1 -矍3七：不-S-一宅有尊蕓黃亭 三<亶t交得到仿真的波形圖如下,m3田中2.gOCGHz dB(S(2.1)=-0,579 optlter=Cml rre<F2,500GHz g 3留,/二。956m2fre<F2 10CGHZ d 眼2,1)=1954optlter=0Simulate > Tuning進行Tune ParametersF-ar-ameitdirsS

18、na.p SI 1 d.«r tq £t«pTracas and Vu.gUpMt* 3 dli NicClc'E«如上圖所示，優(yōu)化后并不滿足設(shè)計要求。最后通過工具欄中【 調(diào)諧。如下圖所示:得到仿真圖如下:(二 ESJapfreq, GHzhw. GHzTkOfr劭=? 564GHz d&S(2211= 16,804m7free2 160GHz d峋2可日9.591m2(req=2 240GHz dB(S(2,1)>-0 566m3rreq=2 400GHzdB(S(Z1)=-3.410m4 freq=2.500GH dB(S(Z1

19、)>=-2.324freq =2 76QGHZdB(S(Z1)=-0.470freq. GHlS11:端口 2匹配時，端口 1的反射系數(shù);S22:端口 1匹配時，端口S12:端口 1匹配時，端口S21:端口 2匹配時，端口2的反射系數(shù)；2到端口 1的反向傳輸系數(shù);1到端口 2的正向傳輸系數(shù);對于互易網(wǎng)絡(luò)，有：S12=S21;對于對稱網(wǎng)絡(luò)，有：S11= S22序號頻率Db(S(2,1)M12.240GHz-0.566M22.760GHz-0.470M32.400GHz-3.410M42.500GHz-2.324從上表可以看出：M4為中心頻率為2.5GHz在中心，滿足技術(shù)指標，M1為上邊頻2

20、.24GHz, M2為下邊頻2.76GHz,滿足技術(shù)指標 由M2和M3得帶內(nèi)波紋為 2.940dB相對帶寬20%蔭足技術(shù)指標(2.24-2.76GHz )2.6版圖生成與仿真(1)在原理圖視窗上，單擊原理圖工具欄中的【 Deactive or Active Component 按鈕， 然后單擊兩個端口的 Term、接地、和優(yōu)化控件，去掉階梯阻抗帶通濾波器兩個端口的Term、接地和優(yōu)化控件，不讓它們出現(xiàn)在生成的班圖中。(2)選擇原理圖上的 【Layout】菜單【Generate/Update Layout】，彈出【Generate/Update Layout】設(shè)置窗口，單擊窗口上的【 OK按鈕。默認它的設(shè)置。(3)完成版圖的生成過程后，版圖視窗會自動打開，畫圖區(qū)會顯示剛剛生成的版圖，如圖 所示。原理圖中構(gòu)成濾波器電路的各種微帶線元件模型，在版圖中已經(jīng)轉(zhuǎn)化成實際微帶線。口臼曾昌rM 由0£電總%。二£母最會多好跑盤占Q0匚QA* o 士山F力卜1Hs 時舄0(4)選擇版圖工具欄上的端口Port ,兩次插入版圖，輸入端口設(shè)置為端口1,輸出端口設(shè)置為端口 2.(5)下面設(shè)置微帶線的基本參數(shù)。為了使版圖的仿真結(jié)果有效，必須使版圖中