基于ADS的微帶線帶通濾波器設計

..工程名稱：基于ADS優(yōu)化的微帶帶通濾波器設計實驗目的(1)了解低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器等濾波器原理(2)利用ADS2008軟件設計，以切比雪夫濾波器為原型，設計一種微帶線帶通濾波器。實驗設備(1)PC機一臺；(2)ADS2008軟件；實驗容和要求(1)設計一個微帶線帶通濾波器，以切比雪夫低通濾波器為原型；(2)中心頻率：2G+學號*50MHz；〔2G+10*50MHz=2.5GHz〕(3)相對帶寬：8％；〔2.5GHz*8％=200MHz〕實驗原理1.濾波器原理濾波器的根底是諧振電路,它是一個二端口網絡,對通帶頻率信號呈現匹配傳輸,對阻帶頻率信號失配而進展發(fā)射衰減,從而實現信號頻譜過濾功能。典型的頻率響應包括低通、高通、帶通和帶阻特性。鏡像參量法和插入損耗法是設計集總元件濾波器常用的方法。對于微波應用,這種設計通常必須變更到由傳輸線段組成的分布元件。Richard變換和Kuroda恒等關系提供了這個手段。2.微帶線微帶線(microstrip1ine)是現在混合微波集成電路和單片微波集成電路使用最頻繁的一種平面?zhèn)鬏斁€。它可用光科程序制作,且容易與其他無源微波電路和有源微波器件集成,從而實現微波部件和系統(tǒng)的集成化。微帶線是在金屬化厚度為h的介質基片的一面制作寬度為W，厚度為t的導體帶,另一面作接地金屬平板而構成的。3.耦合微帶線當兩個無屏蔽的傳輸線緊靠一起時,由于傳輸線之間電磁場的相互作用,在傳輸線之間會有功率耦合,這種傳輸線稱為耦合傳輸線。耦合微帶傳輸線由靠得很近的3個導體構成。這種構造介質厚度為d,介質相對介電常數為η,,在介質的下面為公共導體接地板,在介質的上面為2個寬度為W、相距為S的中心導體帶。實驗步驟與結果1.設定濾波器指標中心頻率：2.5GHz通帶帶寬：200MHz〔2.4~2.6GHz〕輸入輸出的阻抗：50Ω插入損耗：小于2dB阻帶衰減：在距離中心頻率300MHz處的衰減大于50dB相對帶寬：8％〔表示信號帶寬為0.2GHz〕帶輸入輸出端口反射系數：小于-15dB2.濾波器選用與微帶線的計算0.5dB切比雪夫濾波器，5階。系數：g0=g6=1；g1=g5=1.7058；g2=g4=1.2296；g3=2.5048微帶線的奇偶模特性阻抗計算結果如下：Z0=50歐姆表1微帶線的奇偶模特性阻抗i,i+1Ji,i+1Z0*Ji,i+1Z0e|i,i+1Z0o|i,i+10,1/5,65.4284e-30.271467.252940.11291,2/4,51.7354e-30.086854.716746.03672,3/3,41.4321e-30.071653.836346.6763借助ADS軟件的LineCalc計算微帶線的W、S、L：圖1LineCalc計算微帶線表2微帶線的奇偶模特性阻抗和W、S、L級數Z0eZ0o寬度W/mm間隙S/mm長度L/mm0/567.252940.11292.42600.322321.94241/454.716746.03672.86141.555021.57182/353.836346.67632.88231.883021.56383.原理圖繪制和仿真3.1原理圖繪制元件：2個Term，2個接地，1個MSUB，2個MLIN，6個Mcfil，1個SP，連接如圖2。圖2原始原理圖〔優(yōu)化之前〕各元件參數設置如下：MSUB：微帶線基板；Term：50歐姆；VAR：微帶線參數變量3.2原理圖仿真設置仿真參數：〔線性掃描，圍2~3Ghz，步進10MHz〕仿真結果如下：注釋：從圖3注釋：從圖3可以看出，m3和m1為指標"在距離中心頻率300MHz處的衰減〞指標分別為-53dB和-66dB，滿足指標要求。由m2和m4可得帶寬為190MHz，小于指標200MHz，中心頻率向左偏移失真。圖3插入損耗S〔2，1〕注釋：帶通內最大回波損耗約為-8dB注釋：帶通內最大回波損耗約為-8dB，最小約為-27dB。圖4回波損耗S〔1，1〕4.原理圖優(yōu)化與仿真4.1原理圖優(yōu)化選擇優(yōu)化目標控件GOAL，設置參數如下列圖5；添加優(yōu)化控件OPTM，設置參數如圖6。GOAL:三個插入損耗S(2,1)和一個回波損耗S(1,1)，令通帶衰減小于2dB，端口反射小于-15dB。在距離中心頻率300Mhz處衰減大于50dB。OPTM:首選Random模式，其次是Hybrid，最后是Gradient。屢次優(yōu)化，改變方式和次數。圖5優(yōu)化目標參數設置圖6優(yōu)化控件參數設置4.2優(yōu)化后仿真工具欄【simulate】-【simulate】，優(yōu)化過程中系統(tǒng)會自動翻開一個狀態(tài)窗口顯示優(yōu)化，結果，其中"CurrentEF〞表示與優(yōu)化目標的偏差，當它的值減小到0的時候，表示到達了優(yōu)化目標，如圖7所示，屢次優(yōu)化后，將接近數據的優(yōu)化結果進展保存【simulate】-Updateoptimizationvalues。圖7優(yōu)化過程狀態(tài)窗口圖8優(yōu)化后的原理圖圖9優(yōu)化后的S〔2，1〕曲線圖10優(yōu)化后的S〔1，1〕曲線由圖9和圖10可知，優(yōu)化后的結果比優(yōu)化前的數據都有所提高，仿真后的各項指標根本都能到達設計要求〔中心頻率：2.5GHz；通帶帶寬：200MHz〔2.4~2.6GHz〕；插入損耗：小于2dB；阻帶衰減：在距離中心頻率300MHz處的衰減大于50dB；帶輸入輸出端口反射系數：小于-15dB〕。濾波器性能良好，說明優(yōu)化成功，設計方確。5.幅員生成和仿真5.1幅員生成方法：去掉Term、接地、優(yōu)化控件optm，選擇菜單Layout-Generate/UpdateLayout圖11微帶線幅員生成5.2幅員仿真仿真設置：采樣頻率圍：2~3GHz;采樣點數：10個點。圖12微帶線幅員仿真結果分析總結本次設計在設計初期要將切比雪夫帶通濾波器的低通介數計算準確,這樣才能確定正確的元件值為后邊的計算做好準備工作:濾波器主要依靠平行耦合微帶線設計,所以微帶線的奇偶模特性阻抗在計算時要仔細不能出錯,要將耦合微帶線的寬度、間隙、長度正確的跟耦合級聯對應。微波帶通濾波器的傳統(tǒng)設計方法大多是通過圖表查詢和曲線擬