切比雪夫帶通濾波器

**課程設(shè)計(jì)題 目 切比雪夫帶通濾波器的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)所在院(系) 物理與電信工程學(xué)院專業(yè)班級(jí) 電子1104指導(dǎo)教師 聶翔完成地點(diǎn) 博遠(yuǎn)樓計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室2014年1月08日****摘要微波濾波器在衛(wèi)星通信、雷達(dá)技術(shù)、電子對(duì)抗及微波測(cè)量?jī)x器中都有廣泛的應(yīng)用。無論謝謝閱讀是發(fā)射機(jī)還是接收機(jī)，都需要選擇特定頻率的信號(hào)進(jìn)行處理，濾除其他頻率的干擾信號(hào)，這精品文檔放心下載就需要使用濾波電路來分離有用信號(hào)和干擾信號(hào)。切比雪夫?yàn)V波器在過渡帶比巴特沃斯濾波感謝閱讀器的衰減快，但頻率響應(yīng)的幅頻特性不如后者平坦，切比雪夫?yàn)V波器和理想濾波器的頻率響感謝閱讀應(yīng)曲線之間的誤差最小。本文借助ADS2008仿真軟件，設(shè)計(jì)出一種切比雪夫帶通濾波器，感謝閱讀簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)步驟，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間。關(guān)鍵字：ADS軟件帶通濾波器切比雪夫**目錄1設(shè)計(jì)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(jì)算..................................................................................................................................42軟件仿真..............................................................................................................................................42.1創(chuàng)建項(xiàng)目..................................................................................................................................42.2利用ADS的計(jì)算工具tools完成對(duì)微帶濾波器的計(jì)算.................................................52.3設(shè)計(jì)原理圖..............................................................................................................................72.4原理圖仿真..............................................................................................................................82.5原理圖優(yōu)化...........................................................................................................................102.6版圖生成與仿真..................................................................................................................153設(shè)計(jì)心得：......................................................................................................................................16參考文獻(xiàn)..............................................................................................................................................17**設(shè)計(jì)方法與參數(shù)設(shè)計(jì)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，這謝謝閱讀兩種方法與設(shè)計(jì)師多種可能解決方案之間的抉擇緊密關(guān)聯(lián)。相對(duì)與巴特沃茲濾波器，切比雪謝謝閱讀夫?yàn)V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。主要的技精品文檔放心下載術(shù)指標(biāo)：（1）中心頻率f:2.5GHz;（中心頻率fff，f、f分別為帶通濾波器的上、下邊00hlhl界頻率。）（2）輸入輸出阻抗：50；（3）帶內(nèi)波動(dòng):3dB;（通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量）感謝閱讀（4）相對(duì)帶寬：20%;（信號(hào)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)；w'fff由低通原型濾波器變換為帶通濾波器的公式為：w'00；BWff10其中fff為帶通濾波器中心頻率，f、f分別為帶通濾波器的上、下邊界頻率。BW0hlhl為濾波器的帶寬BW=f-f。h l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：謝謝閱讀g0=1.0、g1=1.5963、g2=1.0967、g3=1.5963、g4=1.0。感謝閱讀**1.2參數(shù)計(jì)算使用歸一化設(shè)計(jì)參數(shù)g1-g4和歸一化帶寬BW可以得到通帶濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)感謝閱讀J1BWi,i1Z2ggii1J1BWn,n1Z2gg0nn1由上式的通帶電路設(shè)計(jì)參數(shù)可以得到奇模和偶模特征阻抗，其值為：謝謝閱讀Z|Z1ZJZJ2Oi,i100i,i10i,i1Z|Z1ZJZJ2Ei,i100i,i10i,i1式中Z0為特征阻抗，取值為50，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：精品文檔放心下載J0,1=0.0140、J1,2=0.0119、J2,3=0.0119、J3,4=0.0140解出特征阻抗為：奇模：Z|=39.50、Z|=37.95、Z|=37.95、Z|=39.50O0,1O1,2O2,3O3,4偶模：Z|=109.50、Z|=97.45、Z|=97.45、Z|=109.50E0,1E1,2E2,3E3,4軟件仿真2.1創(chuàng)建項(xiàng)目啟動(dòng)ADS軟件，彈出主視窗。選擇主視窗中的【file】菜單->【newproject】，彈感謝閱讀出【newproject】對(duì)話框，在【newproject】對(duì)話框輸入項(xiàng)目名稱和這個(gè)項(xiàng)目默認(rèn)的長(zhǎng)感謝閱讀**度單位。2.2利用ADS的計(jì)算工具tools完成對(duì)微帶濾波器的計(jì)算感謝閱讀ADS軟件中的工具tools，可以對(duì)不同類型的傳輸線進(jìn)行計(jì)算，使用者可以利用計(jì)算感謝閱讀工具提供的圖形化界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于平行耦合微帶線來說，可以進(jìn)行物理尺寸和電參數(shù)之精品文檔放心下載間的數(shù)值計(jì)算，若給定平行耦合微帶線奇模和偶模的特性阻抗，可以計(jì)算平行耦合微帶感謝閱讀線導(dǎo)體帶的角度和間隔距離。下面利用ADS軟件提供的計(jì)算工具，完成對(duì)平行耦合微帶線感謝閱讀的計(jì)算。在原理圖上，選擇【tools】菜單->【LineCalc】->【StartLineCalc】命令，彈謝謝閱讀出【LineCalc】計(jì)算窗口。如圖示。**設(shè)置所需參數(shù)。在【LineCalc】計(jì)算窗口選擇如下：精品文檔放心下載Er=2.7，表示微帶線基板的相對(duì)介電常數(shù)為2.7。感謝閱讀Mur=1，表示微帶線的相對(duì)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。謝謝閱讀T=0.05mm，表示微帶線的導(dǎo)體厚度為0.05mm。精品文檔放心下載Cond=5.8E+7，表示微帶線導(dǎo)體的電導(dǎo)率為5.8E+7。精品文檔放心下載TanD=0.0003，表示微帶線的損耗角正切為0.0003.精品文檔放心下載Freq=2.4GHZ，表示計(jì)算時(shí)采用的頻率為2.4GHZ.謝謝閱讀Ze，表示計(jì)算時(shí)偶模的特性阻抗。Zo，表示計(jì)算時(shí)奇模的特性阻抗。**2.3設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的元精品文檔放心下載件圖標(biāo)。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)體精品文檔放心下載帶寬度W，導(dǎo)體帶間隔S和長(zhǎng)度L。分別雙擊畫圖區(qū)的4個(gè)Mcfil，將4個(gè)Mcfil的數(shù)值根感謝閱讀據(jù)列表中的數(shù)值設(shè)置，在微帶線元件面板上選擇MLIN，兩次插入原理圖的畫圖區(qū)，MLIN精品文檔放心下載是一段長(zhǎng)度的微帶線，可以設(shè)置這段微帶線的寬度W和長(zhǎng)度L。分別雙擊可以設(shè)置。選擇S精品文檔放心下載參數(shù)仿真元件面板，在元件面板上選擇負(fù)載終端Term，兩次插入原理圖，再插入兩次地線，感謝閱讀完成連線如下圖**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(duì)原理圖中的仿真參量給出取值范圍，精品文檔放心下載當(dāng)S參數(shù)仿真控件SP確定后，就可以仿真了。在S參數(shù)仿真元件面板感謝閱讀【Simulation-S_Param】上，選擇S參數(shù)仿真控件SP，插入原理圖區(qū)，對(duì)S參數(shù)控件設(shè)謝謝閱讀置如下start=1.0GHz，stop=4GHz，step=20MHz感謝閱讀**仿真后波形如下序號(hào)頻率dB(S(2，1))M11.940GHz0.571M22.900GHz0.579M32.440GHz0.530從圖中得中心頻率為2.44，出現(xiàn)偏移，且通帶帶寬太大，帶內(nèi)紋波和衰減不滿足要求，感謝閱讀**所以要進(jìn)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(gè)導(dǎo)體帶的精品文檔放心下載間隔S和耦合微帶線的長(zhǎng)度L設(shè)置為變量，并設(shè)置相鄰平行耦合微帶線的尺寸，分別在下謝謝閱讀面窗口中設(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)雙擊精品文檔放心下載VAR，彈出【VariablesandEquations】對(duì)話框，在對(duì)話框中對(duì)變量w1、s1、l1、w2、謝謝閱讀s2、l2的范圍進(jìn)行設(shè)置得到**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次精品文檔放心下載在原理圖中插入3個(gè)目標(biāo)控件GOAL,雙擊設(shè)置如下謝謝閱讀**最后所得的優(yōu)化原理圖為得到仿真的波形圖如下，**如上圖所示，優(yōu)化后并不滿足設(shè)計(jì)要求。最后通過工具欄中【Simulate】—>【Tuning】精品文檔放心下載進(jìn)行調(diào)諧。如下圖所示：得到仿真圖如下：**S11：端口2匹配時(shí)，端口1的反射系數(shù)；S22：端口1匹配時(shí)，端口2的反射系數(shù)；S12：端口1匹配時(shí)，端口2到端口1的反向傳輸系數(shù)；精品文檔放心下載S21：端口2匹配時(shí)，端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)；精品文檔放心下載對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò)，有：S12＝S21；對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，有：S11＝S22序號(hào)

頻率

Db(S(2,1))M1

2.240GHz

-0.566**M22.760GHz-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(biāo)，感謝閱讀M1為上邊頻2.24GHz，M2為下邊頻2.76GHz，滿足技術(shù)指標(biāo)精品文檔放心下載由M2和M3得帶內(nèi)波紋為2.940dB相對(duì)帶寬20%滿足技術(shù)指標(biāo)（2.24-2.76GHz）精品文檔放心下載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【DeactiveorActiveComponent】按鈕，然后單擊兩個(gè)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(gè)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。謝謝閱讀（2）選擇原理圖上的【Layout】菜單>【Generate/UpdateLayout】，彈出【Generate/UpdateLayout】設(shè)置窗口，單擊窗口上的【OK】按鈕。默認(rèn)它的設(shè)置。謝謝閱讀（3）完成版圖的生成過程后，版圖視窗會(huì)自動(dòng)打開，畫圖區(qū)會(huì)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(shí)際微帶線。精品文檔放心下載**（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.感謝閱讀（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，必須使版圖中微帶線的基精品文檔放心下載本參數(shù)與原理圖中微帶線的基本參數(shù)一致。選擇版圖視窗中的【 Momentum】菜單>謝謝閱讀【Substrate】>【UpdateFromSchematic】命令，從原理圖視窗得到微帶線的基本