微带低通滤波器的设计与仿真.docx

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微带低通滤波器的设计与仿真

微带低通滤波器的设计与仿真

分类：

电路设计

嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波

器。

现把它放到网上，以供大家参考。

带低通滤波器的设计

一、题目

第三题：

低通滤波器的设计

技术参数：

f<800MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50Ohm。

仿真软件：

HFSS、ADS或IE3D

介质材料：

介电常数汀=2.65板厚1mm

二、设计过程

1、参数确定：

设计一个微带低通滤波器，其技术参数为f<800MHz；通带插入损耗；带外100MHz损耗；特性阻抗Z0=50Ohm

介质材料：

介电常数汀=2.65板厚1mm。

2、设计方法：

用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的

宽度及长度，确保各段长度均小于入/8（入为带内波长）。

3、设计过程：

（1）确定原型滤波器：

选择切比雪夫滤波器，?

s=fs/fc=1.82，?

s-1=0.82及Lr=0.2dB，Ls>=30，查表得N=5,原型滤波器的归

一化元件参数值如下：

g1=g5=1.3394，g2=g4=1.3370，g3=2.1660，gL=1.0000。

该滤波器的电路图如图1所示：

（2）计算各元件的真实值：

终端特性阻抗为Z0=50?

，则有

C1=C5=g1/（2*pi*f0*Z0）=1.3394/（2*3.1416*8*10人8*50）=5.3293pF，

C3=g3/（2*pi*f0*Z0）=2.1660/（2*3.1416*8*10人8*50）=8.6182pF，

L2=L4=Z0*g2/（2*pi*f0）=50*1.3370/（2*3.1416*8*107）=13.2994nH

（3）计算微带低通滤波器的实际尺寸:

设低阻抗（电容）为Z0l=15?

经过计算可得W/d=12.3656,&e=2.443,7贝U

微带宽度W1=W3=W5=W=1.000*12.3656=12.3656mm,

各段长度11=15=Z0l*Vpl*C1=15*3*10A11/sqrt（2.4437）*5.3293*10A-12

=15.3412mm,

13=Z0l*Vpl*C3=15*3*10A11/sqrt（2.4437）*8.6182*10A-12

=24.8088mm,

带内波长入=Vpl/f=3*10A11/（sqrt（2.4437）8*10A8）=239.8873mm,入/8=29.9859mm

可知各段均小于入/8符合要求。

设高阻抗（电感）为Z0h=95?

经过计算可得W/d=0.85,&e=2.0402则

微带宽度W2=W4=W=1.0000*0.85=0.85mm，

各段长度l2=l4=Vph*L2/Z0h=29.4031mm，

带内波长入=Vpl/f=3*10A11/（sqrt（2.0402）*8*10A8）=262.5396mm,入/8=32.8175mm

可知各段均小于入/8符合要求。

4）参数修正

经过反复优化与调试，最终确定的低通滤波器的各参数如下：

低阻抗线W1=W3=W5=14.30mm

l1=l5=18.50mm

l3=26.97mm

高阻抗线W2=W4=1.05mm

l2=l4=30.77mm

三、仿真调试与结果

本仿真基于ADS软件，设计中的低通滤波器的电路原理图如图2所示：

按图连线，设置好参数后，运行仿真，得到S（2,1）（dB）关于f（MHz）的曲线图如图3及图4所示:

HZ

.Teim._

Tierml

IhI#

Ninn=1

Z=5DOhm

Subst=BMSub1"w=l05rnrri'卜fL=3077mmTH

S|ibft>=BM6ub11

W-U30mm

L=1ft.50rnm

TL2

Subst="MSubr,

W^1430'mm

■MUN'''

■|_2'■■

Subsi=_MSubr

g05mmL=30T7mm

I

2•••

ISubst="MSubr

W=14.3Dmm

-L=10.5Omm

+IMNU-

■Ai*"

lerm■ferm2■Num=2-

Z=50Ohm

L_26.?

7ii.-n

■'-'・们_-J'■

■MStdbl

..H-LOmfli.

.Er=?

65

Mur=1

Corid=1.OE*fOHu=lUe+

Rough=0mm

由图3可以看出，设计的低通滤波器在频率大于1100MHz时，即通带外300MHz处，才使得滤波器的插入损耗L大于20dB,不满

足设计要求。

但由图4可知，通带内损耗小于2dB，符合要求。

plot_vs（dB（S{2J）Xfreq）

freq,GHz

oo

If

20

■

so

■

o

4

一o

50

二L7?

S）8P

plot^vs（dB（S（2t1）Xfreq）

J0

8

o

50

00

4

o

20

5所示:

据此，在电路原理图上设置一个变量控制器以及优化控制器，用以优化滤波器的参数，如图

OptimGoaM

e那尸划b[舵;jy

・SimlnstanceNam^'^PI■>■

Mirt—2

hi■BriI-4hl■i・

Waight=100

RarigeVarfl]=Treqp

rPangeMin[1MH?

■-■

RangeMa）（1j^EOOMHz--

OptimGoal2

'E>pr=l,dB（S（211））\

gimInstariceName="SP1"

'Mlin='

-Ma）t=L20

.WeightsOQ--..

Rar}g.eVar[1]="fre^"

'RangeMin[1|=^QMH2

'RarigeMa）41]=1'5DQMHZ'

GOAL

礙I®丽I「

-C）Mim

.Optin1

OptiniType=RandomMaxlter5=20O

'DesiredError^OD1'

'StatusLeveM'

■Fi^lAnalysi^Alone'■

.Mornri^lizeGaals^no.

SetEi&stValues^yesSeed=

S^veSaEns^yes

'SsveGua'Is-yes'

-SaveOptimV^rs=no

.UpdateDatase1=yes.SaveMomki日匸noSaveAllll已FBticin沪口。

'UseAHOptVars=yes

I1I*il!

I•

圍WR

VAR1■■■■

，7/1=12.3S'（Qjb■

w2-0.35{a）

J1=1534{o}12=2940{□}13=^4.90{□}

通过优化以后，再仿真得到的滤波器特性曲线如图6与7所示:

由图6可以看出，设计的低通滤波器在频率大于900MHz时，即带外100MHz处，滤波器的插入损耗L大于20dB,满足设计要求

plot__vs{dB（S（2,1几freq）

（atisarp

由图7可以看出，设计的低通滤波器在频率小于

760MHz时，滤波器的插入损耗小于2dB,在800MHz处不到6dB，约有40MHz

的误差，基本满足设计要求

plot_vs（dB（S（2,1））,freq）

=lzw）cdp

参数调整好后，导出微带线的版图，如图8所示:

调整好布局，对其进行仿真（注意端口的放置，图中端口1、2分别放在上下两个顶点处），得图9所示特性曲线:

S2

S21

Frequency

20dB,1100MHz以后才有大于

可以看出，该曲线与原理图的仿真相近，只是带外

100MHz（即900MHz~1100MHz）损耗仍旧小于

20dB的损耗，存在约200MHz的偏差。

如需要更加精确的仿真结果，则要重新反复地优化微带的参数。

附1:

Smith圆图

图10

附2:

寄生通带

plot_vs（dB（S（2,1））,freq）

pzcomp

freq,GHz

图ii

如图所示，在高频段会产生一些寄生通带，不知何因？

还请高手不吝赐教!

四、AUTOCAD图

最后导出AUTOCAD图，添加标注，AUTOCAD图如图10所示

图12

这个图拿去做板的话不适用，得自己用autoCAD画出来，并标上尺寸。

如图13所示:

图13