ADS低通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真

1、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程題目： 低通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真 姓 名： 指導(dǎo)老師： 系 別： 電子信息與電氣工程系 專 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 完成時(shí)間： 低通濾波器的設(shè)計(jì)與仿真摘要：微波濾波器是用來(lái)分離不同頻率微波信號(hào)的一種器件。它的主要作用是抑制不需要的信號(hào), 使其不能通過(guò)濾波器, 只讓需要的信號(hào)通過(guò)。在微波電路系統(tǒng)中，濾波器的性能對(duì)電路的性能指標(biāo)有很大的影響，因此如何設(shè)計(jì)出一個(gè)具有高性能的濾波器，對(duì)設(shè)計(jì)微波電路系統(tǒng)具有很重 要的意義。微帶電路具有體積小，重量輕、頻帶寬等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在微波電路系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，其中用微帶做濾波器是其主要應(yīng)用之一。關(guān)鍵詞：ads；微帶線；低通

2、濾波器一、設(shè)計(jì)思路1、設(shè)計(jì)要求：截止頻率：1.1GHz，通帶內(nèi)波紋小于0.2dB，在 1.21GHz 處具有不小 于 25dB 的帶外衰減。2、 方案選擇利用橢圓函數(shù)濾波器設(shè)計(jì)并仿真，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，結(jié)果調(diào)出來(lái)的波形能達(dá)到指標(biāo)，但波形會(huì)形成帶阻波形，只能實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)低通。所以不選。利用切比雪夫?yàn)V波器設(shè)計(jì)并仿真，經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)試后可用。3、設(shè)計(jì)法案首先用 LC 設(shè)計(jì)低通濾波器集總參數(shù)模型當(dāng)頻率工作在高頻時(shí)，要用微帶線代替 LC 元件。高阻抗微帶線代替串聯(lián)電 感，低阻抗微帶線代替并聯(lián)電容。一般取 Zhigh=120， Zlow=20。在輸入和輸 出加上 50微帶線。然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求通過(guò) ADS 自帶的

3、Linecalc 計(jì)算轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的微帶線長(zhǎng)和寬。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 主要以濾波器的 S 參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化仿真。 S21（S12） S（ 表示傳輸參數(shù)，濾波器的通帶，阻帶的位置以及衰減，起伏全部表現(xiàn)在 S21（S12） 隨頻率變化的曲線上。S11（S22）參數(shù)是輸入、輸出端口的反射系數(shù)，由它可以 換算輸入輸出的電壓駐波比。如果反射系數(shù)過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致反射損耗過(guò)大，影響 系統(tǒng)的后級(jí)匹配，使系統(tǒng)性能下降。 板材設(shè)置：H（基板厚度）=0.8mm，Er（基板相對(duì)介電常數(shù)）=2.2，Mur （磁導(dǎo)率）=1，Cond（金屬電導(dǎo)率）=1E+50，Hu（封裝高度）=1E+033mm，T （金屬層厚度）=0.0

4、1mm，TanD（損耗角正切）=0。二、仿真過(guò)程及電路原理圖、版圖、S 參數(shù)等經(jīng)過(guò)ADS軟件的仿真和折中，以下就以相對(duì)比較好的方案為例介紹詳細(xì)過(guò)程以及電路和版圖仿真的情況。低通濾波器集總參數(shù)模型如圖1所示： 圖1原理圖設(shè)計(jì)并加T型接口如圖2所示： 圖2優(yōu)化控件如圖 3 所示： 圖3未經(jīng)優(yōu)化原理圖仿真的S（2，1）參數(shù)如圖 4 所示：圖4圖中 m1 位置即為1.1GHz，與要求衰減3dB還有差距。因此需要對(duì)原電路進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化完后的S（2，1）參數(shù)如圖5所示： 圖5由圖5可看出經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的S（2，1）參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖6電路圖仿真成功后進(jìn)行PBC版圖的生成和仿真，利用ADS軟件生產(chǎn)版圖如圖6：

5、當(dāng)生成版圖后，在版圖的兩端邊沿打上兩個(gè) Port，設(shè)置 Port 的板層和版圖的 板層一致。 接下來(lái)就是把原理圖的參數(shù)導(dǎo)入5版圖中，點(diǎn)擊版圖窗口菜單中的Momentum -> Substrate -> Update From Schematic從原理圖中獲得參數(shù)。之后點(diǎn)擊Momentum -> Simulation -> S-parameter彈出仿真設(shè)置窗口，該窗口右側(cè)的Sweep Type選擇Adaptive，起止頻率設(shè)為與原理圖中相同，采樣點(diǎn)數(shù)限制取10 (因?yàn)榉抡婧苈?，所以點(diǎn)數(shù)不要取得太多)。然后點(diǎn)擊Update按鈕，將設(shè)置填入左側(cè)列表中，點(diǎn)擊Simulate按

6、鈕開(kāi)始進(jìn)行仿真。仿真完S（2，1）參數(shù)波形如圖7：圖8圖7由圖7可看出版圖仿真的截止頻率與設(shè)計(jì)要求還有點(diǎn)偏差，重新回到原理圖窗口進(jìn)行優(yōu)化仿真，產(chǎn)生這種情況的原因是微帶線的寬度取值不合適，可以改變優(yōu)化變量的初值，也可根據(jù)曲線與指標(biāo)的差別情況適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化目標(biāo)的參數(shù)，重新進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過(guò)多次重新優(yōu)化后得到如圖8的S（2，1）參數(shù)波形：由圖8可看出相比圖7更接近設(shè)計(jì)要求，且證明版圖仿真與設(shè)計(jì)要求也一直，此時(shí)的微帶的長(zhǎng)和寬的參數(shù)如圖9所示：圖9三、設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是用ADS設(shè)計(jì)微帶低通濾波器，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)所要制作的濾波器的原理圖。經(jīng)過(guò)小組討論后決定用切比雪夫?yàn)V波器原型來(lái)設(shè)計(jì)。根據(jù)所給的參數(shù)計(jì)算出所

7、要設(shè)計(jì)的濾波器需要的階數(shù)為9，之后根據(jù)上網(wǎng)查找的經(jīng)驗(yàn)方法用ADS自帶的微帶計(jì)算器算計(jì)算出所要用的微帶的長(zhǎng)和寬，設(shè)計(jì)完后進(jìn)行優(yōu)化時(shí)卻無(wú)法優(yōu)化出符合設(shè)計(jì)要求的S（2，1）參數(shù)波形，之后小組上網(wǎng)查找，在微波仿真論壇得到說(shuō)可用橢圓函數(shù)濾波器制作。用進(jìn)行了使用橢圓函數(shù)濾波器的制作，結(jié)果得到的波形是能滿足帶內(nèi)波紋、截至頻率、阻帶頻率，但所得圖形是阻帶圖形，只能滿足在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低通。通過(guò)查找資料可以利用集總的方法讓ADS自行得出階數(shù)與原理圖，于是變用集總的方式得出了切比雪夫11階濾波器，之后用第一次的計(jì)算方法，再經(jīng)過(guò)優(yōu)化終于得到正確的波形且完全符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我不僅學(xué)到了通信專業(yè)相關(guān)的知識(shí)，更重要的是掌握ADS的基本使用方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使我更直觀地去理解和鞏固課堂所學(xué)的理論知識(shí)，調(diào)動(dòng)了我們的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)ADS仿真實(shí)驗(yàn)，提升了我的動(dòng)手能力和解決問(wèn)