基于ADS微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目： 基于ADS的微帶耦合 濾波器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2014年 月 日 目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1 背景11.2 研究意義21.3 設(shè)計(jì)要求21.4 方案比較與選擇31.4.1 方案一：基于ADS設(shè)計(jì)平行耦合微帶線帶通濾波器31.4.2 方案二：基于Designer的多帶外零點(diǎn)微帶帶通濾波器仿真設(shè)計(jì)31.4.3 方案三：基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與仿真4第二章 關(guān)于低通濾波器的設(shè)計(jì)52.1 低通原型濾波器52.1.1 濾波器的基本原理52.1.2 低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)72.1.3 低通原

2、型濾波器的設(shè)計(jì)72.2 低通濾波器原理圖設(shè)計(jì)72.2.1 仿真參數(shù)設(shè)置和原理圖仿真92.2.2 原理圖仿真10第三章 平行微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)113.1 傳輸線理論113.1.1 微帶線的結(jié)構(gòu)及傳輸模式113.1.2 耦合微帶線及其傳輸模式113.1.3 傳輸線的基本特性參數(shù)123.2 微帶濾波器的技術(shù)指標(biāo)143.3 平行微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)143.3.1 平行耦合微帶線帶通濾波器的原理143.3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)163.3.3 生成濾波器的原理圖173.3.4 微帶線計(jì)算工具183.3.5 設(shè)置微帶器件的參數(shù)183.3.6 添加變量193.3.7 S參數(shù)仿真電路設(shè)置20第四章 電路優(yōu)化214.1

3、 優(yōu)化目標(biāo)控件214.2 參數(shù)優(yōu)化224.3 觀察仿真曲線234.3.1 原理圖234.3.2 原理圖的仿真244.3.3 平行耦合型濾波器的最終設(shè)計(jì)參數(shù)25結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致謝30摘要濾波器是最基本的信號(hào)處理器，濾波器的主要特性包括低通、高通、帶通、帶阻衰減。微帶濾波器是一類被大量使用的微波濾波器1。很多型號(hào)的濾波器都可以在低通濾波器的原型上轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)。微帶電路擁有頻帶比較寬、體積較小、質(zhì)量較輕等較多的長(zhǎng)處，所以使用微帶做濾波器是其主要應(yīng)用之一。在文中利用微波濾波器只讓頻率正確的的信號(hào)通過(guò)阻礙頻率不同的信號(hào)的特性來(lái)區(qū)分信號(hào)而設(shè)計(jì)出具有高性能的濾波器。本文利用微波設(shè)計(jì)軟件ADS全局優(yōu)化設(shè)計(jì)2

4、，使用軟件自帶的耦合微帶傳輸線計(jì)算器來(lái)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)得出的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，并且對(duì)其不理想的地方進(jìn)行優(yōu)化處理。這樣顯然減少了大量繁瑣的計(jì)算，使得微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、精確。結(jié)合實(shí)用的解決方案對(duì)帶外抑制和插入損耗進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終得到比較理想的帶通濾波器。重點(diǎn)闡述了如何利用ADS軟件有效、快速的設(shè)計(jì)出微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程。關(guān)鍵詞：ADS軟件；仿真；平行耦合微帶線；濾波器AbstractFilter is the most basic signal processors, the main characteristics of the filter include low pass,

5、 high pass, band pass, band stop attenuation. Microstrip filter is a type of microwave filters are heavily used. Many types of filters can be transformed back on the prototype low-pass filter. Microstrip circuit has a relatively wide frequency band, smaller, lighter quality higher strengths, to do s

6、o using microstrip filter is one of its main applications. In this paper, the use of microwave filters only allow the correct frequency signal by blocking the signals of different frequencies to distinguish the signal characteristics and high performance filter design. In this paper, global optimiza

7、tion ADS microwave design software design, software comes coupled microstrip transmission line calculator to calculate, on the results of the simulation circuit topology, and its not the ideal place to optimize. So obviously reduces the amount of tedious calculations, coupled microstrip filter desig

8、n allows easy and precise. Combined with practical solutions for the band rejection and insertion loss to optimize the design, and ultimately get the ideal bandpass filter. ADS focuses on how to use the software effectively, quickly design coupled microstrip filter design process.Keywords: ADS softw

9、are; simulation; coupled microstrip lines; FiltersI基于ADS的微帶耦合濾波器設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1 背景現(xiàn)如今，信息時(shí)代的來(lái)臨以成為了環(huán)繞在人們身邊的一股信息風(fēng)，現(xiàn)代社會(huì)的信息化拓寬了人的實(shí)踐領(lǐng)域、催生了新的交往方式與生活方式，對(duì)人的發(fā)展起到了不可估量的促進(jìn)作用。也在很大程度上改變了人們?cè)谏詈徒煌纫幌盗蟹矫娴姆绞?，這主要體現(xiàn)在人們對(duì)信息的依賴與需求。這其中的無(wú)線通信便成為了信息化中最突出的方面，隨著世界上無(wú)線通信用戶的增長(zhǎng)，無(wú)線通信已進(jìn)入了規(guī)?；l(fā)展，并將推動(dòng)整個(gè)世界的發(fā)展。無(wú)線通信系統(tǒng)收發(fā)的射頻信號(hào)是模擬信號(hào)3，這個(gè)射頻模擬信號(hào)需要進(jìn)行

10、濾波器濾波和放大器放大，濾波的目的是保證只讓頻帶內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，抑制頻帶外的噪聲，放大器的目的是提高功率準(zhǔn)備發(fā)射信號(hào)或放大所接收到的微弱信號(hào)，所以濾波器在信號(hào)的發(fā)射與接收過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用，是必不可少的器件，其性能的好壞決定著整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量。由于通信技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)電路的集成化程度、穩(wěn)定性、可靠性以及體積的大小等要求越來(lái)越高。為了使整個(gè)系統(tǒng)占用空間的面積越來(lái)越小，人們想到了許多新型封裝形式。射頻無(wú)線通信系統(tǒng)前端的電路模塊在某種理論程度上能夠集成在一起4，但是，由于這些電路元件模塊之間存在著不同的工作原理，適用的工作性能不同等，致使目前仍不能實(shí)現(xiàn)集成，這種情況只是我們對(duì)它的期望與理想，不能

11、真實(shí)實(shí)現(xiàn)。所以這也將成為濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)難題，目前有很多人在做著這方面的研究。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足射頻電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，使用射頻EDA軟件工具進(jìn)行射頻電路設(shè)計(jì)已成為必然趨勢(shì)5。EDA工具首推的是ADS。ADS (Advanced Design System)軟件由美國(guó)安捷倫(Agilent)公司推出的微波電路和通信系統(tǒng)的仿真軟件6，是當(dāng)前射頻和微波電路設(shè)計(jì)的首選工程軟件，可以支持從模塊到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠完成射頻和微波電路設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和射頻集成電路設(shè)計(jì)。該軟件功能強(qiáng)大，仿真手段豐富多樣，可以實(shí)現(xiàn)包括時(shí)域和頻域、數(shù)字和模擬、線性和非線性以及電磁等多種仿真手段，并可以對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果

12、進(jìn)行分析和優(yōu)化，從而大大提高了復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)效率，是當(dāng)今業(yè)界最流行的射頻和微波電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具7。隨著無(wú)線通信的迅猛發(fā)展，頻率資源的日益緊張，作為分離有用和無(wú)用信號(hào)的微波濾波器成為通信系統(tǒng)中的重要部件，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量。現(xiàn)在，微波濾波器已被廣泛應(yīng)用于微波、毫米波通信、微波導(dǎo)航、制導(dǎo)、遙測(cè)遙控、衛(wèi)星通信以及軍事電子對(duì)抗等多種領(lǐng)域，并對(duì)微波濾波器的要求也越來(lái)越高。高阻帶抑制、低通帶插損、寬頻帶、高功率、寄生通帶遠(yuǎn)和帶內(nèi)平坦群時(shí)延等成為用戶的主要技術(shù)指標(biāo)要求。同時(shí)，體積、成本、設(shè)計(jì)速度也是用戶極為關(guān)心的話題。因?yàn)榇蟛糠滞ㄐ畔到y(tǒng)收發(fā)鏈路共用一根天線，對(duì)雙工器乃至多工器的研究需求

13、也越來(lái)越迫切。這就促使微波設(shè)計(jì)師們不斷研究和發(fā)展微波濾波器和雙工器的設(shè)計(jì)技術(shù)8。1.2 研究意義濾波器是用來(lái)分離不同頻率信號(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。平行微帶耦合線帶通濾波器在微波集成電路中是被廣為應(yīng)用的帶通濾波器。所以現(xiàn)在我們利用微波仿真軟件ADS, 使用軟件自帶的微帶耦合傳輸線計(jì)算器來(lái)進(jìn)行計(jì)

14、算，對(duì)得出的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真9，并且對(duì)其不理想的地方進(jìn)行優(yōu)化處理。這樣顯然減少了大量繁瑣的計(jì)算，使得微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、精確。1.3 設(shè)計(jì)要求當(dāng)頻率達(dá)到或接近GHz時(shí)，濾波器通常由分布參數(shù)元件構(gòu)成，分布參數(shù)不僅可以構(gòu)成低通濾波器，而且可以構(gòu)成帶通和帶阻濾波器。平行微帶耦合傳輸線由兩個(gè)無(wú)屏蔽的平行微帶傳輸線緊靠在一起構(gòu)成，由于兩個(gè)傳輸線之間電磁場(chǎng)的相互作用，在兩個(gè)傳輸線之間會(huì)有功率耦合10，這種傳輸線也因此稱為耦合傳輸線。平行耦合微帶線可以構(gòu)成帶通濾波器，這種濾波器是由四分之一波長(zhǎng)耦合線段構(gòu)成，她是一種常用的分布參數(shù)帶通濾波器。技術(shù)要求：3dB帶寬: 25MHz阻帶衰耗: (

15、77;30MHz):As40dB通帶回波損耗: (=5%):Ae26dB帶內(nèi)波動(dòng): 小于±2dB通帶中心頻率: f0=3.05GHzS22-20dB帶通濾波器特性阻抗: R0=501.4 方案比較與選擇1.4.1 方案一：基于ADS設(shè)計(jì)平行耦合微帶線帶通濾波器在基于ADS軟件的基礎(chǔ)上對(duì)微帶耦合濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。通過(guò)分析平行耦合微帶線帶通濾波器的電路結(jié)構(gòu),提出了一種消除濾波器帶寬偏離指定設(shè)計(jì)帶寬和在截止頻率附近緩和通帶內(nèi)電壓駐波比波動(dòng)過(guò)大的方法。常用的方法為綜合優(yōu)化法，步驟為(a)制定濾波器的技術(shù)要求；(b)根據(jù)技術(shù)要求, 選定設(shè)計(jì)方法和選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)低通濾

16、波器參數(shù) gk(k = 0, 1, n, n + 1)；(c) 確定歸一化帶寬、上邊頻和下邊頻, 按公式計(jì)算奇模、偶模的特征阻抗值, 從而確定微帶線的間隔、寬度、長(zhǎng)度；(d) 應(yīng)用EDA工具對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真、優(yōu)化, 然后進(jìn)行誤差分析或調(diào)諧范圍分析以進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；(e)制作樣品.在此基礎(chǔ)上闡述了設(shè)計(jì)平行耦合微帶線帶通濾波器的流程以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法,最后基于ADS給出一個(gè)中心頻率為10GHz的濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例及其仿真分析結(jié)果,驗(yàn)證了此方法的正確性和可行性。利用ADS軟件，在微帶電路方面具有體積小重量輕頻帶寬等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且利用ADS軟件可以大大減少工作量，并且能提高效率，降低成本。1.

17、4.2 方案二：基于Designer的多帶外零點(diǎn)微帶帶通濾波器仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用ANSOFT Designer軟件仿真設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的微帶平行耦合線帶通濾波器。在一定的頻率處產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，分析了兩種不同類型微帶線結(jié)構(gòu)與最終產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)結(jié)果。最后對(duì)計(jì)算、仿真和實(shí)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和分析。對(duì)于微帶線與傳輸零點(diǎn)情況分析，文中對(duì)平行耦合微帶線、微帶線開路枝節(jié)、短路結(jié)構(gòu)耦合微帶線進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。在濾波器設(shè)計(jì)中，分析了耦合線對(duì)稱饋電濾波器設(shè)計(jì)、含源和負(fù)載耦合的兩腔交叉耦合濾波器兩種。文章設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)新穎緊湊的微帶窄帶通濾波器，通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了微帶濾波器的帶外多個(gè)傳世零點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)開路枝節(jié)和不同結(jié)構(gòu)的耦

18、合微帶線，可以將傳輸零點(diǎn)調(diào)節(jié)到需要的合適位置，抑制相應(yīng)的頻率干擾，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的帶外特性。其中計(jì)算、仿真的結(jié)果吻合很好。但Designer軟件計(jì)算量比較大，雖然具有高效性和準(zhǔn)確性，但計(jì)算復(fù)雜，容易出錯(cuò)，降低了效率。1.4.3 方案三：基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)數(shù)字化是控制系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。利用FPGA可以重復(fù)配置高精度的FIR濾波器，使用VHDL硬件描述語(yǔ)言改變?yōu)V波器的系數(shù)和階數(shù)，并能實(shí)現(xiàn)大量的卷積運(yùn)算算法。結(jié)合MATLAB工具軟件的輔助設(shè)計(jì)，使得FIR濾波器具有快速、靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，硬件資源耗費(fèi)少等特點(diǎn)。其基本原理為分布式算法實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算為目的的運(yùn)算方法。概算法利用一個(gè)

19、查找表（LUT）實(shí)現(xiàn)映射，經(jīng)查找表后直接輸出部分積。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了FIR濾波器并借助ALTERA公司的FPGA器件和0UARTus 2軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果完全能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。FPGA是一種高密度的可編程邏輯器件，但它大部分是基于SRAM編程，在編程時(shí)數(shù)據(jù)信息在系統(tǒng)斷電時(shí)會(huì)丟失，其編程信息存放于外部存儲(chǔ)器上，且使用方法復(fù)雜，保密性差。綜合上述方法的比較，利用ADS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)比較好。第二章 關(guān)于低通濾波器的設(shè)計(jì)2.1 低通原型濾波器2.1.1 濾波器的基本原理1、濾波器的基礎(chǔ)是諧振電路，它是一個(gè)的二端口網(wǎng)絡(luò)11，對(duì)頻率適合的信號(hào)進(jìn)行傳輸，對(duì)頻率不匹配的信號(hào)進(jìn)行發(fā)射衰減，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻

20、譜過(guò)濾。二端口低頻網(wǎng)絡(luò)可以使用網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)線性特征進(jìn)行描述。描述低頻線性網(wǎng)絡(luò)輸入和輸出的物理量。圖2.1 二端口網(wǎng)絡(luò)2、常用的低頻網(wǎng)絡(luò)參量有四種，分別稱為阻抗參量、導(dǎo)納參量和轉(zhuǎn)移參量，視具體的應(yīng)用場(chǎng)合，可選擇一種最適合電路特性的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。典型的頻率響應(yīng)包括低通、高通、帶通、帶阻衰減，如下圖所示。其他型號(hào)的濾波器一般都可以在低通濾波器的原型上轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)。 （a）低通濾波器頻響曲線 （b）高通濾波器頻響曲線（c）帶通濾波器頻響曲線 （d）帶阻濾波器頻響曲線圖2.2 濾波器的頻響曲線3、在濾波器中，通常采用工作衰減來(lái)描述濾波器的衰減特性12。即 （2.1）式中，Pin和PL分別為輸出端匹配負(fù)載時(shí)的濾

21、波器輸入功率和負(fù)載吸收功率。為了描述衰減特性與頻率的相關(guān)性，通常使用數(shù)學(xué)多項(xiàng)式逼近方法來(lái)描述濾波器的特性。濾波器的設(shè)計(jì)通常需要由衰減特性綜合出濾波器低通原型，再將原型低通濾波器轉(zhuǎn)換到要求設(shè)計(jì)的低通、高通、帶通、帶阻濾波器，最后用集總參數(shù)元器件實(shí)現(xiàn)所涉及的濾波器。4、濾波器的主要參數(shù)指標(biāo)13：（1）中心頻率：一般，。其中，、為帶通或帶阻濾波器左右相對(duì)下降3dB處對(duì)應(yīng)的左右頻點(diǎn)。（2）截止頻率、：低通濾波器的通帶右邊的邊頻點(diǎn)及高通濾波器的通帶左邊的邊頻點(diǎn)。（3）通帶帶寬BW3dB：需要通過(guò)的頻譜寬度，。（4）相對(duì)帶寬：用表示，也常用來(lái)表征濾波器的通帶帶寬。（5）插入損耗：引入濾波器對(duì)輸入信號(hào)帶來(lái)的

22、損耗。常以中心頻率或截止頻率處損耗表征。（6）帶內(nèi)波動(dòng)：通帶內(nèi)的插入損耗隨頻率變化的波動(dòng)值。（7）回波損耗：端口信號(hào)輸入功率與反射功率之比的分貝數(shù)。（8）延遲：信號(hào)通過(guò)濾波器所需要的時(shí)間。2.1.2 低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)1、具有最平坦的響應(yīng)2、截止頻率為2.5MHz3、在為4MHz處的插入損耗必須大于20dB4、阻抗為50歐，采用6階巴特沃茲低通原型14，最高實(shí)際線阻抗為120歐，最低實(shí)際線阻抗為20歐，采用的基片參數(shù)為d=1.58mm，銅導(dǎo)體的厚度t=0.035mm。2.1.3 低通原型濾波器的設(shè)計(jì)1、先計(jì)算： (2.2)對(duì)于n=6的曲線，當(dāng)時(shí)，LA>20dB。故最大平坦濾波器級(jí)數(shù)n=

23、6。2、低通原型值：g1=0.5176,g2=1.4142,g3=0.9318,g4=0.9318,g5=1.4142，g6=0.5176。該低通原型電路如下圖：圖2.3 濾波器低通原型電路2.2 低通濾波器原理圖設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)原理圖選擇8個(gè)微帶線MLIN添加到原理圖中，并鏈接起來(lái)。圖2.4 濾波器原理圖這樣就完成了濾波器原理圖基本結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到設(shè)計(jì)性能，還必須對(duì)濾波器中微帶電路的電氣參數(shù)和尺寸進(jìn)行設(shè)置。2、電路參數(shù)設(shè)置： 圖2.5 MSUB參數(shù) 圖2.6 VAR參數(shù)參數(shù)顯示窗口包含了物理尺寸參數(shù)設(shè)置欄和電尺寸參數(shù)設(shè)置欄。如果電尺寸數(shù)據(jù)確定，則單擊Synthesize按鈕可得到物理尺寸；如果物理

24、尺寸數(shù)據(jù)確定，則單擊Analyze按鈕可得到電尺寸參數(shù)。3、電尺寸參數(shù)：Z0=50Ohm，表示微帶線特性阻抗為50OhmE_Eff=90deg，表示微帶線的電長(zhǎng)度為90deg表1 各枝節(jié)的寬度和長(zhǎng)度節(jié)數(shù)giZi=Zl或Zh（）li(度)Wi（mm）li（mm）1150903.08716.6920.5172011.811.32.0531.41412033.80.4286.6341.9322044.311.37.6951.93212046.10.4289.0461.4142032.411.35.6370.51712012.30.4282.418150903.08716.694、電路參數(shù)設(shè)置的原理圖

25、：將MSUB和VAR放置在原理圖上后即可進(jìn)行參數(shù)的修改，這樣便完成了電路參數(shù)設(shè)置的原理圖。圖2.7 電路參數(shù)設(shè)置的原理圖2.2.1 仿真參數(shù)設(shè)置和原理圖仿真1、仿真參數(shù)設(shè)置15:(1)在原理圖設(shè)計(jì)窗口選擇S參數(shù)仿真元器件面板“Simulation-S_Param”，并選擇終端負(fù)載TERM放置在濾波器的兩個(gè)端口上。(2)在電路原理圖中插入兩個(gè)地，并連接好電路原理圖。(3)選擇一個(gè)S參數(shù)仿真控制器放入到原理圖中。(4)設(shè)置S參數(shù)仿真控制器的參數(shù)：Start=0GHz；Stop=5GHz；Step=0.01GHz。圖2.8 完成S參數(shù)仿真設(shè)置的原理圖窗口以上為低通原型濾波器的設(shè)計(jì)16，此設(shè)計(jì)共放置八

26、個(gè)MLIN節(jié)，在原理圖中應(yīng)注意有關(guān)于參數(shù)的設(shè)置，注意兩端TERM下均有一個(gè)接地。因?yàn)槠渌麨V波器都是由低通濾波器轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的，所以接下來(lái)就可以以低通原型濾波器為原型設(shè)計(jì)一個(gè)平行微帶耦合濾波器。2.2.2 原理圖仿真根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行S參數(shù)的仿真，等仿真結(jié)束后在數(shù)據(jù)窗口添加S21參數(shù)的矩形圖，并插入一個(gè)標(biāo)記，然后添加S11參數(shù)的矩形圖，插入一個(gè)標(biāo)記。圖2.9 濾波器的S21、S11參數(shù)曲線第三章 平行微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)3.1 傳輸線理論3.1.1 微帶線的結(jié)構(gòu)及傳輸模式微帶線主要由三部分組成：最上面是寬度為W，高度為t的導(dǎo)帶體，下層是接地板，制作底層接地板的材料一般釆用(如銀、金、銅)這些導(dǎo)電性能比較的

27、金屬材料良好的材料,中間部分用介質(zhì)基板填充，這種填充介質(zhì)的介電常數(shù)為，接地板的厚度用h表示。圖3.1 微帶線結(jié)構(gòu)3.1.2 耦合微帶線及其傳輸模式上面已經(jīng)對(duì)微帶線做了詳細(xì)的闡述17，在微波電路中，平行耦合線就是在微帶線中加一條與原來(lái)微帶線一樣并且平行的導(dǎo)帶。平行耦合微帶線的作用非常多，例如組成振蕩回路、偏置電路、定向耦合器等基礎(chǔ)的元器件18，還能夠根據(jù)它的特性組成類型不同、形狀不同、結(jié)構(gòu)不同的濾波器。耦合微帶線由以下三部分構(gòu)成：上面是兩條平行的金屬導(dǎo)帶，寬均為W，高度為t，兩條金屬導(dǎo)帶的距離為S，下層是接地板,制作底層接地板的材料一般采用(如銀、金、銅)這些導(dǎo)電性能比較的金屬材料良好的材料，中

28、間部分用介質(zhì)基板填充，這種填充介質(zhì)的介電常數(shù)為 ,接地板的厚度用h表示。圖3.2 平行耦合微帶線結(jié)構(gòu)3.1.3 傳輸線的基本特性參數(shù)傳輸線的基本特性參數(shù)包括傳輸線的特性阻抗、反射系數(shù)、駐波比、輸入阻抗、傳輸常數(shù)和傳輸功率等等19。微帶線是目前射頻微波中使用最多最常見的傳輸線，是平面型結(jié)構(gòu)，在PCB(Printed Circuit Board，印制電路板)上可以通過(guò)使用蝕刻電路技術(shù)制作，方便與各種射頻元器件外連接從而實(shí)現(xiàn)不同的電路，可以在一塊共有的介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)完整電路的制作，使射頻部件及微波系統(tǒng)向高集成度、小型化方向發(fā)展。1、微帶線的有效介電常數(shù)微帶線導(dǎo)體帶的上方為空氣，下面為介質(zhì)，然后假設(shè)一

29、種微帶線，這個(gè)微帶線全部填充等效介質(zhì)，為這種等效介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，等效微帶線和現(xiàn)實(shí)的微帶線有同樣的特征阻抗與相速度，這個(gè)等效關(guān)系由決定微帶線的有效相對(duì)介電常數(shù)的近似計(jì)算公式為20： （3.1）式中W表示導(dǎo)體帶寬度，h表示介質(zhì)基板厚度。2、微帶線的特性阻抗Z0根據(jù)上面的，能夠獲得Z0近似計(jì)算公式： （3.2）在給定微帶線的特性阻抗Z0和相對(duì)介電常數(shù)后，也可以求出w/h的值。w/h值的計(jì)算公式為： （3.3）式中：， （3.4） 3、微帶線的傳輸特性微帶線的傳輸模式為準(zhǔn)TEM模，但是微帶下的傳輸特性按照TEM模近似計(jì)算。在TEM波傳輸中，波的常數(shù)在忽略損耗時(shí)，其中，0為自由空間波長(zhǎng)，微帶線同其他

30、TEM類型傳輸線相同，波的速度同樣滿足關(guān)系式，將代入得到微帶線的相速度和波長(zhǎng)，。 4微帶線的損耗與衰減損耗是傳輸線的重要傳輸特性之一，不僅存在于同軸線、波導(dǎo)中，也同樣存在于微帶線中，并且由于微帶線的不封閉結(jié)構(gòu)，微帶線的損耗遠(yuǎn)大于同軸線與波導(dǎo)。微帶線除了導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗外，還有輻射損耗，微帶線的損耗可以用衰減常數(shù)來(lái)表示。如果忽略輻射損耗，則微帶線的衰減常數(shù)為，其中，由微帶線介質(zhì)損耗引起，由微帶線導(dǎo)體損耗引起。微帶線的介質(zhì)損耗是有節(jié)制的漏電導(dǎo)致的，為了減小微帶線的介質(zhì)損耗，可以選擇一些導(dǎo)電性能良好的介電質(zhì)作為基板。對(duì)于低損耗介質(zhì)，微帶傳輸線的介質(zhì)損耗是： （3.5）式中為損耗角正切。對(duì)于比較高的

31、損耗電介質(zhì)，微帶傳輸線的介質(zhì)損耗是： （3.6）當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體條和介質(zhì)底板是，由于它們都有一定的電導(dǎo)率，所以會(huì)產(chǎn)生熱量，發(fā)生熱損耗現(xiàn)象，這一部分就是微帶傳輸線的導(dǎo)體損耗。由于相對(duì)于同軸線和波導(dǎo)來(lái)說(shuō)，微帶線的橫截面比較小，所以散熱較慢，那么產(chǎn)生的熱量也就越多，造成的損耗也就越大，也是微帶傳輸線導(dǎo)體損耗的最主要部分。故而它的導(dǎo)體損耗由所表示。其中，為導(dǎo)體的電導(dǎo)率。3.2 微帶濾波器的技術(shù)指標(biāo)1、通帶邊界頻率與通帶內(nèi)衰減、起伏；2、阻帶邊界頻率與阻帶衰減；3、通帶的輸入電壓駐波比；4、通帶內(nèi)相移與群時(shí)延；5、寄生通帶；6、前兩項(xiàng)是描述衰減特性的，是濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)，決定了濾波器的性能和種類(高通

32、、低通、帶通、帶阻等)；7、輸入電壓駐波比描述了濾波器的反射損耗的大??；8、群時(shí)延是指網(wǎng)絡(luò)的相移隨頻率的變化率，定義為dU/df，群時(shí)延為常數(shù)時(shí)，信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)才不會(huì)產(chǎn)生相位失真；9、寄生通帶是由于分布參數(shù)傳輸線的周期性頻率特性引起的，它是離設(shè)計(jì)通帶一定距離處又出現(xiàn)的通帶，設(shè)計(jì)時(shí)要避免阻帶內(nèi)出現(xiàn)寄生通帶21。3.3 平行微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)3.3.1 平行耦合微帶線帶通濾波器的原理在微帶低通及帶阻濾波電路中，輸入端與輸出端始終有導(dǎo)帶直接連接。但是在帶通濾波電路中，微帶線不能直接相連，必須通過(guò)微帶線之間的耦合來(lái)使得射頻信號(hào)通過(guò)，阻斷低頻信號(hào)。因此，常用兩條想接近的平行微帶線來(lái)構(gòu)成帶通濾波器。位于同

33、一介質(zhì)基板上，相距s的一對(duì)平行微帶線，當(dāng)兩條微帶線間的距離s遠(yuǎn)大于介質(zhì)厚d時(shí)，微帶線之間的耦合可以忽略。然而當(dāng)s可與d相比較時(shí)，兩微帶間的耦合不能忽略，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生耦合電容及互感，根據(jù)每根微帶線上的終端電壓及電流，可以定義偶模電壓、偶模電流及奇模電壓、奇模電流。通過(guò)引入奇偶模，可以方便的建立起基本方程，分別求出相應(yīng)的奇模阻抗(Z0e)及偶模阻抗(Z0o)。 圖3.3 兩條微帶線的分布 圖3.4 傳輸線等效電路下圖是一個(gè)微帶帶通濾波器及其等效電路，它由平行的耦合線節(jié)相連組成，并且是左右對(duì)稱的，每一個(gè)耦合線節(jié)長(zhǎng)度約為四分之一波長(zhǎng)(對(duì)中心頻率而言)，構(gòu)成諧振電路22。 圖3.5 級(jí)聯(lián)微帶線帶通濾波器、

34、等效電路設(shè)計(jì)流程：為設(shè)計(jì)出符合要求的帶通濾波器，可以將傳統(tǒng)的平行耦合微帶線設(shè)計(jì)方法與先進(jìn)的微波電路仿真軟件ADS相結(jié)合，使全部設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)換成實(shí)際的濾波器設(shè)計(jì)，下圖是平行耦合微帶線濾波器的設(shè)計(jì)的流程圖。確定濾波器指標(biāo)計(jì)算查表得濾波器級(jí)數(shù)N確定標(biāo)準(zhǔn)低通濾波器參數(shù)計(jì)算傳輸線奇模、偶模特性阻抗利用ADS工具計(jì)算各級(jí)濾波器幾何尺寸仿真達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求得到最終W，S，L選定板材利用ADS優(yōu)化改W，S，L否是圖3.6 平行耦合微帶線濾波器的設(shè)計(jì)的流程圖3.3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)通帶3.03.1GHz；帶內(nèi)衰減小于2dB；起伏小于1dB；2.8GHz以下及3.3GHz以上衰減大于40dB；端口反射系數(shù)小于等于-20

35、dB。1、根據(jù)需要的紋波和衰減，選定切比雪夫或巴特沃斯設(shè)計(jì)方法。帶寬，其中WU為上邊頻，WL為下邊頻，W0為中心頻率等于。根據(jù)帶寬指標(biāo)計(jì)算參數(shù)。2、再計(jì)算傳輸線的奇模、偶模特性阻抗23。3、根據(jù)微帶線的奇模和偶模特性阻抗，及給定的PCB板材的介電常數(shù)和厚度，應(yīng)用ADS軟件的微帶線計(jì)算器計(jì)算得到微帶線的幾何尺寸：S，W，L。4、接好電路，將計(jì)算得到的參數(shù)輸入進(jìn)行仿真，由于開路端傳輸線的等效電容及應(yīng)用軟件進(jìn)行計(jì)算仿真的過(guò)程中進(jìn)行了許多近似計(jì)算，結(jié)果和目標(biāo)會(huì)有一些偏差，運(yùn)用相關(guān)理論方法進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到滿意的結(jié)果。3.3.3 生成濾波器的原理圖圖3.7 濾波器的原理圖1、生成微帶電路的基本參數(shù)：上頁(yè)圖中

36、五個(gè)MCFIL表示濾波器的五個(gè)耦合線節(jié)，兩個(gè)MLIN表示濾波器兩端的引出線。2、控件MSUB的微帶線參數(shù)H:基板厚度(0.8 mm)Er:基板相對(duì)介電常數(shù)(4.3)Mur:磁導(dǎo)率(1)Cond:金屬電導(dǎo)率(5.88E+7)Hu:封裝高度(1.0e+33 mm)T:金屬層厚度(0.03 mm)TanD:損耗角正切(1e-4)Roungh:表面粗糙度(0 mm)3.3.4 微帶線計(jì)算工具1、濾波器兩邊的引出線是特性阻抗為50歐姆的微帶線，它的寬度W可由微帶線計(jì)算工具得到具體方法是點(diǎn)擊菜單欄Tools->LineCalc->Start Linecalc24。2、在窗口的Substrate

37、 Parameters欄中填入與MSUB中相同的微帶線參數(shù)。3、在Component Parameters填入中心頻率(本文中為3.05GHz)。4、點(diǎn)擊Synthesize和Analyze欄中的箭頭，可以進(jìn)行W、L與Z0、E_Eff間的相互換算。5、填入50 Ohm和90 deg可以算出微帶線的線寬1.52 mm和長(zhǎng)度13.63 mm(四分之一波長(zhǎng))。圖3.8 微帶線的計(jì)算3.3.5 設(shè)置微帶器件的參數(shù)1、雙擊兩邊的引出線TL1、TL2，分別將其寬與長(zhǎng)設(shè)為1.52 mm和2.5 mm。2、平行耦合線濾波器的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，所以五個(gè)耦合線節(jié)中，第1、5及2、4節(jié)微帶線長(zhǎng)L、寬W和縫隙S的尺寸是相

38、同的。耦合線的這些參數(shù)是濾波器設(shè)計(jì)和優(yōu)化的主要參數(shù)，因此要用變量代替，便于后面修改和優(yōu)化。3、雙擊每個(gè)耦合線節(jié)設(shè)置參數(shù)，W、S、L分別設(shè)為相應(yīng)的變量，單位mm，其中的W1與W2參數(shù)代表該器件左右相鄰兩側(cè)的微帶器件的線寬，它們用來(lái)確定器件間的位置關(guān)系。在設(shè)置W1、W2時(shí)，為了讓它們顯示在原理圖上，要把Display parameter on schematic的選項(xiàng)勾上。圖3.9 設(shè)置參數(shù)后的原理圖3.3.6 添加變量1、單擊工具欄上的VAR圖標(biāo)，把變量控件VAR放置在原理圖上，雙擊該圖標(biāo)彈出變量設(shè)置窗口，依次添加各耦合線節(jié)的W，L，S參數(shù)。2、在name欄中填變量名稱，Variable Val

39、ue欄中填變量的初值，點(diǎn)擊Add添加變量，然后單擊Optimization/Statistics Setup按鈕設(shè)置變量的取值范圍，其中的Enabled/Disabled表示該變量是否能被優(yōu)化。3、耦合線節(jié)的長(zhǎng)L約為四分之一波長(zhǎng)(根據(jù)中心頻率用微帶線計(jì)算工具算出)，微帶線和縫隙的寬度最窄只能取0.2 mm(最好取0.5 mm以上)。圖3.10 變量設(shè)置3.3.7 S參數(shù)仿真電路設(shè)置1、選擇Term放置在濾波器兩邊，用來(lái)定義端口1和2，點(diǎn)擊地圖標(biāo)，放置兩個(gè)地，并按照?qǐng)D連接好電路。2、選擇S參數(shù)掃描控件放置在原理圖中，并設(shè)置掃描的頻率范圍和步長(zhǎng)，頻率范圍根據(jù)濾波器的指標(biāo)確定(要包含通帶和阻帶的頻率

40、范圍)。圖3.11 S參數(shù)仿真電路3、根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行S參數(shù)的仿真，等仿真結(jié)束后在數(shù)據(jù)窗口添加S21參數(shù)的矩形圖，并插入一個(gè)標(biāo)記，然后添加S11參數(shù)的矩形圖，插入一個(gè)標(biāo)記。圖3.12 S參數(shù)仿真圖第四章 電路優(yōu)化4.1 優(yōu)化目標(biāo)控件在對(duì)濾波器的仿真結(jié)果，在數(shù)據(jù)顯示窗口中，觀察哪個(gè)技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有達(dá)到要求，濾波器的中心頻率以及通帶、租代內(nèi)的衰減如果沒(méi)有達(dá)到工程設(shè)計(jì)的要求就選擇S11（S22）參數(shù)作為優(yōu)化對(duì)象，如果帶內(nèi)駐波沒(méi)有達(dá)到要求，就選擇S11（S22）參數(shù)作為優(yōu)化對(duì)象。S11（S22）參數(shù)表示的是輸入輸出端口的反射系數(shù)，輸入輸出端的電壓駐波比也可以通過(guò)對(duì)S11（S22）參數(shù)的換算得到25。倘若反射系

41、數(shù)S11（S22)太大，那就表示濾波器的反射損耗太大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的前、后匹配程度比較差，系統(tǒng)性能也受到嚴(yán)重影響而隨之下降。1、選擇優(yōu)化設(shè)置控件放置在原理圖中，雙擊該控件設(shè)置優(yōu)化方法及優(yōu)化次數(shù)。2、常用的優(yōu)化方法有Random(隨機(jī))、Gradient(梯度)等26。3、隨機(jī)法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局部收斂。4、選擇優(yōu)化目標(biāo)控件Goal放置在原理圖中，雙擊該控件設(shè)置其參數(shù)。Expr是優(yōu)化目標(biāo)名稱，其中dB(S(2,1)表示以dB為單位的S21參數(shù)的值；SimlnstanceName是仿真控件名稱，這里選擇SP1；Min和Max是優(yōu)化目標(biāo)的最小與最大值；Weight是指優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重；

42、RangeVar1是優(yōu)化目標(biāo)所依賴的變量，這里為頻率freq；RangeMin1和RangeMax1是上述變量的變化范圍。5、這里總共設(shè)置了四個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，前三個(gè)的優(yōu)化參數(shù)都是S21，用來(lái)設(shè)定濾波器的通帶和阻帶的頻率范圍及衰減情況(這里要求通帶衰減小2dB，阻帶衰減大于40dB)，最后一個(gè)的優(yōu)化參數(shù)是S11，用來(lái)設(shè)定通帶內(nèi)的反射系數(shù)(這里要求小于-20dB)。圖4.1 4個(gè)優(yōu)化目標(biāo)6、在優(yōu)化目標(biāo)控件GOAL中，應(yīng)注意控件的Min值和Max值的范圍，在第一個(gè)GOAL控件中的Min值為-2，中間兩個(gè)GOAL控件中Max值為-40，第四個(gè)GOAL控件中Max值為-20。圖4.2 參數(shù)優(yōu)化后原理圖7、將

43、所有的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后保存一下，注意對(duì)參數(shù)進(jìn)行的修改。在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇的優(yōu)化設(shè)置控件OPTIM中參數(shù)的填寫都必須認(rèn)真、仔細(xì)，注意不要出錯(cuò)。4.2 參數(shù)優(yōu)化1、點(diǎn)擊工具欄中的Simulate按鈕就開始進(jìn)行優(yōu)化仿真。其中的CurrentEF表示與優(yōu)化目標(biāo)的偏差，數(shù)值越小表示越接近優(yōu)化目標(biāo)，0表示達(dá)到了優(yōu)化目標(biāo)，下面還列出了各優(yōu)化變量的值，當(dāng)優(yōu)化結(jié)束時(shí)還會(huì)打開圖形顯示窗口。2、在一次優(yōu)化完成后，要點(diǎn)擊原理圖窗口菜單中的Simulate->Update Optimization Values保存優(yōu)化后的變量值(在VAR控件上可以看到變量的當(dāng)前值)，否則優(yōu)化后的值將不保存。圖4.3 優(yōu)化目標(biāo)3

44、、圖為經(jīng)過(guò)數(shù)次優(yōu)化后，CurrentEF的值為0，即為優(yōu)化結(jié)束。優(yōu)化過(guò)程中根據(jù)情況可能會(huì)對(duì)優(yōu)化目標(biāo)、優(yōu)化變量的取值范圍、優(yōu)化方法及次數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。4.3 觀察仿真曲線4.3.1 原理圖1、優(yōu)化完成后必須關(guān)掉優(yōu)化控件，才能觀察仿真的曲線。方法是點(diǎn)擊原理圖工具欄中的Deactivate or Activate Components按鈕，然后點(diǎn)擊優(yōu)化控件OPTIM，則控件上打了紅叉表示已經(jīng)被關(guān)掉27。2、要想使控件重新開啟，只需點(diǎn)擊工具欄中的按鈕，然后點(diǎn)擊要開啟的控件，則控件上的紅叉消失，功能也重新恢復(fù)了。3、對(duì)于原理圖上其他的部件，如果想使其關(guān)閉或開啟，也可以采取同樣的方法。圖4.4 關(guān)掉的優(yōu)

45、化控件后的原理圖4.3.2 原理圖的仿真1、關(guān)掉優(yōu)化控件后的原理圖就可以進(jìn)行仿真了28，點(diǎn)擊工具欄中的Simulate按鈕進(jìn)行仿真，仿真結(jié)束后會(huì)出現(xiàn)圖形顯示窗口。2、點(diǎn)擊圖形顯示窗口左側(cè)工具欄中的矩形框按鈕，放置一個(gè)方框到圖形窗口中，這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)設(shè)置窗口，在窗口左側(cè)的列表里選擇S(1,1)即S11參數(shù)，點(diǎn)擊Add按鈕會(huì)彈出一個(gè)窗口設(shè)置單位(這里選擇dB)，點(diǎn)擊兩次OK后，圖形窗口中顯示出S11隨頻率變化的曲線。3、用同樣的方法依次加入S22，S21，S12的曲線，由于濾波器的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，S11與S22，以及S21與S12曲線是相同的。圖4.5 優(yōu)化后仿真曲線4、為了準(zhǔn)確讀出曲線上的值，可以添加

46、Marker，方法是點(diǎn)擊菜單中的Marker -> New，出現(xiàn)Instert Marker的窗口，接著點(diǎn)擊要添加Marker的曲線，曲線上出現(xiàn)一個(gè)倒三角標(biāo)志，點(diǎn)擊拖動(dòng)此標(biāo)志，可以看到曲線上各點(diǎn)的數(shù)值。5、觀察S11(S22)和S21 (S12)曲線是否滿足指標(biāo)要求(包括優(yōu)化目標(biāo)中未設(shè)定的帶內(nèi)起伏小于1dB的要求)，如果已經(jīng)達(dá)到指標(biāo)要求，就可以進(jìn)行版圖的仿真了29。4.3.3 平行耦合型濾波器的最終設(shè)計(jì)參數(shù)1、通過(guò)上面的設(shè)計(jì)步驟，出的平行耦合微帶濾波器的最終物理參數(shù)線寬W、間距S以及耦合微帶線的長(zhǎng)度L。表2 平行耦合微帶濾波器的物理參數(shù)TL1CLin1CLin2CLin3CLin4CLi

47、n5TL2W1.520.4365820.3772510.5880250.3772510.4365821.52S0.6654431.880282.081751.880280.665443L2.514.225913.818114.052113.818114.22592.52、分析得到設(shè)計(jì)的濾波器離設(shè)計(jì)指標(biāo)有一點(diǎn)的差距。造成誤差的原因可能有以下幾點(diǎn)：(1)微帶線的尺寸比較小，一般使用mm計(jì)量，在設(shè)計(jì)過(guò)程中取到了小數(shù)點(diǎn)后4位，但是在實(shí)際制作過(guò)程中是不可能實(shí)現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)后4位的取值的，對(duì)尺寸取了近似值，過(guò)多的取近似值會(huì)造成大的誤差，所以造成了結(jié)果中誤差的產(chǎn)生。(2)材料參數(shù)會(huì)隨著周圍環(huán)境的變化而變化，不同的

48、介電常數(shù)對(duì)濾波器的性能有一定的影響。(3)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口與微帶線的端口的阻抗可能不匹配，這樣也會(huì)對(duì)濾波器的性能產(chǎn)生影響30。以上的原因均會(huì)對(duì)濾波器的性能有一定的影響，所以在設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試過(guò)程中都需要認(rèn)真謹(jǐn)慎的處理，使誤差盡量的降低。從優(yōu)化仿真結(jié)果來(lái)看，雖然與理論存在一定的偏差，但此次仿真的結(jié)果還是比較滿意的。結(jié)論本論文主要介紹了濾波器的背景、歷史及意義，對(duì)濾波器有了一個(gè)基本的了解，知道了濾波器主要有低通、高通、帶通、帶阻等濾波器。其他濾波器都可以由低通濾波器轉(zhuǎn)化而來(lái)。并且對(duì)濾波器的幾種仿真軟件進(jìn)行了比較，選擇出了基于ADS軟件的基礎(chǔ)上對(duì)微帶耦合濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)為最佳方案。經(jīng)過(guò)研究微帶帶通

49、濾波器，從歸一化低通濾波器出發(fā),詳細(xì)論述了濾波器的設(shè)計(jì)原理，并根據(jù)濾波器的設(shè)計(jì)原理，闡述了平行耦合線帶通濾波器的工作原理和設(shè)計(jì)過(guò)程。使用美國(guó)安捷倫公司的ADS軟件設(shè)計(jì)仿真平行耦合型濾波器。在論文中給出了一個(gè)中心頻率在3.05GHz；2.8GHz以下及3.3GHz以上衰減大于40dB；起伏小于1dB；端口反射系數(shù)小于等于-20dB的帶通濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例。根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)，確定濾波器類型、結(jié)構(gòu)和最佳級(jí)數(shù)。按照設(shè)計(jì)要求利用射頻和微波設(shè)計(jì)軟件ADS(先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng))對(duì)帶外抑制和插入損耗進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從而達(dá)到要求的插損、帶內(nèi)波紋和理想的帶外抑制特性。通過(guò)這次課題的研究和實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，采取ADS軟件設(shè)

50、計(jì)濾波器的方法有其優(yōu)勢(shì)優(yōu)點(diǎn)，也有其缺點(diǎn)與不足。利用ADS設(shè)計(jì)濾波器的方法，在設(shè)計(jì)剛開始的時(shí)候就對(duì)濾波器的模型進(jìn)行了假設(shè)，只是考慮了相鄰諧振器之間的耦合關(guān)系，沒(méi)有考慮在一定的范圍內(nèi)的微帶線之間的耦合關(guān)系，這樣的簡(jiǎn)化方法在計(jì)算時(shí)是非常簡(jiǎn)便的，但是卻給設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的誤差。并且在仿真結(jié)果上也產(chǎn)生了一些的誤差。產(chǎn)生這些誤差的原因主要是因?yàn)樵谟?jì)算奇模、偶模特性阻抗取了近似值，軟件仿真過(guò)程中及結(jié)果輸出時(shí)都取了數(shù)據(jù)的近似值，多次的近似取值，就會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)值大的差距，致使結(jié)果出現(xiàn)出現(xiàn)大的出入，因此要對(duì)微帶線的各個(gè)物理尺寸調(diào)大或者調(diào)小，這就需要利用ADS軟件的自動(dòng)優(yōu)化功能對(duì)微帶線的各個(gè)尺寸進(jìn)行優(yōu)化。自動(dòng)優(yōu)化功能是ADS軟件的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橛辛诉@樣的功能，設(shè)計(jì)師們能夠方便簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)濾波器，大大縮短了濾波器的設(shè)