完整word版微带线带通滤波器的ADS设计文档格式.docx

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其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的波长比自由空间小了几倍，同样可以减小；

此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，结构大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。

关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，已有不少资料予以介绍。

但是，在设计过程中发现，到目前为止所查阅到的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。

在经典的工程设计中，为避免繁杂的运算，一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。

而使用电子计算机进行辅助设计时，则可以力求数学模型精确，而不追求过分的简化。

基于实际设计的需要，我对于平行耦合线微带

带通滤波器的准确设计进行研究，编制了计算机辅助设计的小程序（附上），并利用CAD软件设计了微带带通滤波器，仿真模拟效果令人满意。

应用此程序，不仅使设计速度大为提高，而且大大提高了设计的准确性。

设计原理

图1为平行耦合线微带带通滤波器的电路结构示意图。

它有n个谐振器（对应于滤波器的阶数n），每个谐振器长为半波长（对应中心频率），由n＋1个平行耦合线节组成，长为四分之一波长（对应中心频率）。

图2为一节平行耦合线及他的等效电路，其中Z0e－Z0o＝2Z0；

Z0e*Z0o=Z02。

图2平行耦合线节及其等效电路平行耦合线微带带通滤波器的设计可分为以下几个步骤进行：

第一步：

由给定的通带和阻带衰减特性，用低通到带通的频率变换式

（1），选出合适的归一化低通原型，计算出滤波器的阶数，得到归一化低通原型的元件值（这一部分的计算可以查表得之）；

第二步：

用网络等效方法，计算各级奇、偶模阻抗；

第三步：

由各级奇、偶模阻抗，综合出微带线结构尺寸（这一个部分用PUFF实现）。

$4.2.2计算公式

本文所述的设计方法，用到的公式很多，有些公式如最大平坦特性与切比雪夫特性滤波器归一化低通原型的阶数及元件值的计算公式及很多图表，很多书中都有说明，这里就不再介绍，查阅公式和图表请参阅参考书目，那里有很详尽的公式及图表介绍。

在此首先给出由低通到带通的频率变化式；

接着给出由低通原型元件值到奇、偶模特性阻抗的计算式。

1、由低通到带通的频率变换

上式中，为低通原型的频率变量，是低通原型的截止频率，是带通滤波器的带边频率，是带通滤波器的频率变量，是带通滤波器的中心频率，是带通滤波器的相对带宽，它按下式计算：

1、耦合线节的奇、偶模阻抗

设滤波器的节数为n，归一化低通原型的元件值为g0,g1,g2设计公式：

J01W

gn+1，则有以下

（3）

Y02g0g11'

Jn,n1W

Y02gngn11

其中，Y0为传输线特性导纳，J代表导纳倒置转换器，其余参数W、同

（1）这样，我们可以得第J个耦合线节的奇模阻抗和精模阻抗分

别为：

2、由各级奇、偶模阻抗综合

出微带线结构尺寸

这部分公式繁多，计算麻烦，本文应用PUFF软件自动计算出平行耦合线的各参数值。

$4.2.3滤波器的理论设计

设计指标：

中心频率f0：

2.45GHz；

带宽BW：

100～200MHz（这里理论计算采用100MHz）；

输入、输出的特征阻抗均为50Ω；

在f＝2.15GHz上衰减46dB；

选用纹波系数为0.01dB的切比雪夫原型。

（1）、设计低通原型

由公式

（1）计算的'

＝6，

1

则查图表得知阶数n＝3，再次查找纹波系数为0.01dB的切比雪夫原型的元件数值表的：

g0＝1，g1＝0.6292，g2＝0.9703，g3＝0.6292，g4＝1，1'

＝1。

（2）、计算导纳变换器的归一导纳

由公式（3）、（4）、（5）计算得：

Y0＝0.316，Y0＝0.08，Y0＝0.08，Y0＝0.316。

（3）、计算各平行耦合线节的奇模和偶模的阻抗

由公式（6）、（7）计算得：

（Z0e）01=（Z0e）34=50*（1+0.316+0.316*0.316）=70.7928Ω；

（Z0o）01=（Z0o）34=50*（1-0.316+0.316*0.316）=39.1928Ω；

（Z0e）12＝（Z0e）23＝54.32Ω；

（Z0o）12＝（Z0o）23＝46.32Ω；

（4）、计算平行耦合线节的W、S和L

这部分计算由PUFF完成：

在PUFF界面按F3，激活F3窗口，设置里面的数值为：

“aclines71Ω39Ω90°

”表示a是理想双传输线，长度为四分之一波长，偶模阻抗为71Ω，奇模阻抗为39Ω；

“bclines54Ω46Ω90°

”表示b是理想双传输线，长度为四分之一波

长，偶模阻抗为54Ω，奇模阻抗为46Ω；

（其奇偶模得阻值由前面计算所得，其计算带宽为100MHz。

）把光标移到a，安下“＝”键，即得该传输线得参数值：

L=12.523mm,W=0.846mm,S=0.292mm;

同样得b传输线得参数值为：

L=12.217mm,W=1.099mm,S=1.482mm.

理论设计完成，即可在ADS中进行优化设计与仿真。

3、具体设计过程

3.1创建一个新项目

启动ADS

选择Mainwindows

◇选择保存的路径和键入文件名，点击“ok”即创建了一个新项目

◇点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计滤波器。

3.2滤波器电路设计及仿真

◇点击，加2个port，并按图所示位置放好

◇单击连好线。

图1滤波器初始电路图

◇双击图1中的，并修改下面对话框的内容，主要设定基片的各种属性。

其中H是基片的厚度，Er是介电常数，T为基片上面金属层的厚度，TanD是基片的损耗。

◇依次双击图1中的和，并修改下面对话框的内容，主要设定微

带线节的属性（数据前面已经计算得出，图1中的Mlin是2节50Ω的传输线，查表得宽度为1.07mm）。

◇在

中选择Simulation-S_Param类，然后在这个

类里面分别选择和并安放在适当的位置，

点击

，加2个地端，

最后单击按照图2连好线

图2滤波器S参数的仿真电路

◇双击图2中的

，编辑下面的对话框，设定

S参数仿真的频率

范围

◇按

进行仿真

键，选择下面对话框的

◇在DataDisplay窗口，就是新弹出的窗口中，按内容S11、S12。

◇点击ok后即得滤波器的特性曲线如图3所示。

其带宽为190MHz，只是频率有所偏移，不能达到损耗要求，可以通过TURN改进。

图3

◇在窗口中选择marker－new，然后在曲线中标识一个合适的点，以便优化所用。

如上图

◇随着所修正参数值的变化，曲线也随着变化，达到满足要求后的值时按一下update按钮，即得到修正后的结果，各个参数值为a传输线L＝12.1mm,W=0.85mm,S=0.3m；

mb传输线L=12mm,W=1.08mm,S=1.55m最m后.的S参数仿真结果为：

其带宽为190MHz，中心频率处的损耗为－0.25dB，满足设计要求。

5.2版图Momentum仿真

◇撤掉S参数仿真的模型，恢复电路如图1所示，点击layout－Generate/Updatelayout，电路自动生成layout版图，如图所示：

◇设置Substrate，点击

然后再点击

即完成设置模拟

设置port，点击

，编辑下面这个窗口，完成端口设置

◇Mesh仿真，点击

，输入下框中的频率数值，

点击ok开始模拟

设置完后点击simulate，计算机则开始计算模拟，需花费一定时间。

模拟结束后自动打开datadisplay窗口，显示各种曲线，如图

I・I'

I

2.426283.0

FreqUenCy

S12

10_

/

∖

2∩-

30-

4∩-

;

z

50-

-1-

"

L

2.0

2.42.62.83.0

mp】∙6ew

SlI

200

-2oα--

Z2

242.62.83.0

a8saseι∣d

σ5ω9aseud

-200-

20

2.2

2.02.2242.6

2.830

S21

-50

O

-10

-20

2.02.22.42.6

2.83.0

S22

o∩∩

◇然后点击

则出现下图：

图4

◇点击

显示S参数的曲线，

如图：

S12S参数曲线

◇同上即得相位、输入输出阻抗等曲线，如图：

S12相