平行耦合微帶帶通濾波器設(shè)計(jì)

1、研 究 生 課 程 論 文(2015-2016學(xué)年第一學(xué)期)射頻電路分析與設(shè)計(jì)研究生：提交日期： 2015年2月22日 研究生簽名：學(xué) 號(hào)學(xué) 院課程編號(hào)S0001001課程名稱學(xué)位類別碩士任課教師教師評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)?cè)u(píng)定： 分 任課教師簽名： 年 月 日 說(shuō) 明 1、課程論文要有題目、作者姓名、摘要、關(guān)鍵詞、正文及參考文獻(xiàn)。論文題目由研究生結(jié)合課程所學(xué)內(nèi)容選定；摘要500字以下，博士生課程論文要求有英文摘要；關(guān)鍵詞35個(gè)；參考文獻(xiàn)不少于10篇，并應(yīng)有一定的外文文獻(xiàn)。2、論文要求自己動(dòng)手撰寫，如發(fā)現(xiàn)論文是從網(wǎng)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(jī)計(jì)0分。3、課程論文用A4紙

2、雙面打印。字體全部用宋體簡(jiǎn)體，題目要求用小二號(hào)字加粗，標(biāo)題行要求用小四號(hào)字加粗，正文內(nèi)容要求用小四號(hào)字；經(jīng)學(xué)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(hào)字加粗；標(biāo)題行要求用14號(hào)字加粗，正文內(nèi)容要求用12號(hào)字；行距為2倍行距（方便教師批注）；頁(yè)邊距左為3cm、右為2cm、上為2.5cm、下為2.5cm；其它格式請(qǐng)參照學(xué)位論文要求。4、學(xué)位類別按博士、碩士、工程碩士、MBA、MPA等填寫。5、篇幅、內(nèi)容等由任課教師提出具體要求?；贏DS設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的基本原理，使用安捷倫公司的ADS電磁仿真軟件

3、具體設(shè)計(jì)了一個(gè)通帶范圍為4.8GHz至5.2GHz的一個(gè)帶通濾波器。該帶通濾波器的通帶內(nèi)的插入損耗低于3dB,相對(duì)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(shè)置成了50，設(shè)計(jì)達(dá)到了給定的指標(biāo)要求。關(guān)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(zhǎng)諧振器組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可以印制在很薄的介質(zhì)基板上。平行耦合線微帶帶通濾波器的結(jié)構(gòu)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(duì)稱, 每一個(gè)耦合線節(jié)長(zhǎng)度約為1/4 波長(zhǎng)(對(duì)中心頻率而言，電長(zhǎng)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(dāng)于一個(gè)導(dǎo)納倒置轉(zhuǎn)換器和接在兩邊的兩段電角度為、特性導(dǎo)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(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)2-4，這里將直接給出平行耦合微帶帶通濾波器各個(gè)參數(shù)的計(jì)算公式，通過(guò)上述公式可以很方便的計(jì)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(gè)單元的具體尺寸。2、 設(shè)計(jì)實(shí)例：1.設(shè)計(jì)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(shù)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(duì)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(nèi)衰減p 小于3 dB , 輸入、輸出的特征阻抗均Z0 =50 , 介質(zhì)基片的r =2.78（通過(guò)其相速度是真空中光速的60%計(jì)算得出的） ,其厚度h =1.6 mm , 導(dǎo)體層厚度35 。=2 故我們?cè)谶@里選取濾波器的階數(shù)為7階，這樣更有利于帶外抑制。3. 平行耦合線尺寸的計(jì)算： 通過(guò)查表如圖二所示，可以得到低通原型中到的值，進(jìn)一步通過(guò)上述的公式，可以計(jì)算出每一段平行耦合微帶線的奇偶模特征阻抗。所有結(jié)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(shù)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(jì)算出來(lái)的初始數(shù)據(jù)在ADS中畫出了原理圖，并測(cè)試了結(jié)果。分別如圖三與四所示。初次仿真的結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，故在此基礎(chǔ)上對(duì)原理圖進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化的原理圖和優(yōu)化后的結(jié)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(shí)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(dāng)我同時(shí)調(diào)節(jié)8個(gè)平行耦合微帶線的長(zhǎng)度時(shí)，我發(fā)現(xiàn)整個(gè)頻帶會(huì)整體搬移，于是我對(duì)耦合微帶線的長(zhǎng)度進(jìn)行了優(yōu)化，得

10、到了滿足設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)。5. 版圖的仿真和優(yōu)化：ADS中有直接將原理圖轉(zhuǎn)化為版圖的工具，直接利用這個(gè)工具，將上面設(shè)計(jì)的原理圖轉(zhuǎn)化為版圖，如圖七、圖八所示。圖七 濾波器版圖圖八 基板的設(shè)置版圖生成完畢后，對(duì)版圖進(jìn)行了仿真。仿真的結(jié)果如圖九所示。仿真結(jié)果與原理圖仿真的結(jié)果對(duì)不上，同時(shí)也沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。圖九 版圖仿真結(jié)果將版圖文件保存為symbol文件，導(dǎo)入原理圖中進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果得到了一定的改善，仿真結(jié)果如圖十所示。圖十 優(yōu)化后的版圖3 結(jié)論：理論數(shù)據(jù)與實(shí)際得出的結(jié)果會(huì)存在一定的偏差，上述計(jì)算出來(lái)的理論數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出來(lái)的濾波器并沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。后來(lái)通過(guò)改變微帶耦合線的電長(zhǎng)度，優(yōu)化出了相應(yīng)的結(jié)果，這實(shí)際上是對(duì)開路線末端電容延長(zhǎng)效應(yīng)進(jìn)行了驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)： 1 鐘蔚杰, 楊景曙.微帶線帶通濾波器的ADS 輔助設(shè)計(jì) J .現(xiàn)代雷達(dá), 2008, 30(3):83-85 . 2 黃玉蘭.ADS 射頻