ADS低通濾波器的設(shè)計和仿真

1、電磁場與微波技術(shù)課程設(shè)計報告專業(yè)技術(shù)資料分享低通濾波器的設(shè)計與仿真摘要:微波濾波器是用來分離不同頻率微波信號的一種器件。它的主要作用是抑制不需要的信號，使其不能通過濾波器，只讓需要的信號通過。在微波電路系統(tǒng)中，濾波器的性能對電路的性能指標(biāo)有很大的影響，因此如何設(shè)計出一個具有高性能的濾波器，對設(shè)計微波電路系統(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，近年來在微波電路系統(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；低通濾波器一、設(shè)計思路1、設(shè)計要求：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、

2、方案選擇利用橢圓函數(shù)濾波器設(shè)計并仿真，經(jīng)過優(yōu)化后，結(jié)果調(diào)出來的波形能達(dá)到指標(biāo)，但波形會形成帶阻波形，只能實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)低通。所以不選。利用切比雪夫濾波器設(shè)計并仿真，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試后可用。3、設(shè)計法案首先用LC設(shè)計低通濾波器集總參數(shù)模型當(dāng)頻率工作在高頻時，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=120Q,Zlow=20Q。在輸入和輸出加上50Q微帶線。然后根據(jù)設(shè)計要求通過ADS自帶的Linecalc計算轉(zhuǎn)換過來的微帶線長和寬。在進(jìn)行設(shè)計時，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

3、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)過大，就會導(dǎo)致反射損耗過大，影響系統(tǒng)的后級匹配，使系統(tǒng)性能下降。板材設(shè)置：H（基板厚度）=0.8mmEr（基板相對介電常數(shù)）=2.2,Mur（磁導(dǎo)率）=1,Cond（金屬電導(dǎo)率）=1E+50,Hu（封裝高度）=1E+033mmT（金屬層厚度）=0.01mmTanD（損耗角正切）=0。二、仿真過程及電路原理圖、版圖、S參數(shù)等經(jīng)過ADSa件的仿真和折中，以下就以相對比較好的方案為例介紹詳細(xì)過程以及電路和版圖仿真的情況。圖1原理圖設(shè)計并加T型接口如

4、圖2所示：!：T匚墮EWMim=1TU曰lmLvyucd,-W»wim0L=l1FE計aucst-liadsrW如戒vriSk£Stffje扳EisiM-Jrw»w3，niSue芥嘲imn-圍匕sue鼻MSudrW®*3IWSiDftViuM3眥舟USuQlsSsnrfSiPMtSrnfHw2rwnVflflESliSB'MSdbSuMrBuer7mu=w1nm呻r'MF:Bp心基成I_L二二最glnvn-EinT1L1CSit>gkBMSJ3r,A=w4nn'A=w5頑怦=wfiFir'胃=w&rnm-L-

5、HFllrli*LMJrftritL=l8flinfiL二i4rnri土rtim=230Ohrh優(yōu)化控件如圖3所示:GOALoplimoaiiEjqM"dB(EK1帕禽"q.I-Mm3MakAw><aht=mRflngeli='"iri?Q'Ran-fleM3»(11-1lONlZdpfln3oalM/Ejtpr=-dEi戶印.Tirsimivficsiwk&pMino2Mm=n£hftVer11=“rrAq-月jiHwMkn|11=IMjMFA-bngeM1-O&GMZQipUmG04l3Ejqjr

6、=-dEl<S+2.1TfFi>»l>1.1«>i-'jii-if*w|Mln=MaX2bW-gE叫Rng!pVairl1|="ftwq,-只wimmnUliiiGwrRangrtHaxfT|=2GMZOp4mlOpflmlVc>e-RaidamMaXlteri-bL£JDe-airedrroiOOStabusL»ei=4FifwhianTy-fmN5tt3w=nctU-eAlIGoals-ycASaUufi-ehiLV-=n<&S«V¥»5mQjfrtim如*s

7、=nciuxg眼rgSj3eHprriiin-3l=nDSompAiIilv#舊bnfi9=r*iE>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:rnifneq=1iGCXUHrdB(S(21)=41C2OMHz199m2?1OGHZ低通濾波器集總參數(shù)模型如圖1所示:圖中ml位置即為1.1GHz,與要求衰減3dB還有差距。因此需要對原電路進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化完后的S(2,1)參數(shù)如圖5所示:mi1req-1.-DQGHzdF(,S(?.1)=-799Boptlter=0m3freq=7D0DMHzd引SR戶0.1驅(qū)砌屁2m2fnpq=1?1ClGHzdBfS<2,1)1-25.0

8、18opilter-0由圖5可看出經(jīng)過優(yōu)化后的S(2,1)參數(shù)達(dá)到設(shè)計要求。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:圖6當(dāng)生成版圖后，在版圖的兩端邊沿打上兩個Port,設(shè)置Port的板層和版圖的板層一致。接下來就是把原理圖的參數(shù)導(dǎo)入5版圖中，點擊版圖窗口菜單中的Momentum->Substrate->UpdateFromSchematic從原理圖中獲得參數(shù)。之后點擊Momentum->Simulation->S-parameter彈出仿真設(shè)置窗口，該窗口右側(cè)的SweepType選擇Adaptive,起止頻率設(shè)為與原理圖中相同，采樣點數(shù)

9、限制取10(因為仿真很慢，所以點數(shù)不要取得太多)。然后點擊Update按鈕，將設(shè)置填入左側(cè)列表中，點擊Simulate按鈕開始進(jìn)行仿真。仿真完S(2,1)參數(shù)波形如圖7:圖7由圖7可看出版圖仿真的截止頻率與設(shè)計要求還有點偏差,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)過多次重新優(yōu)化后得到如圖8的S(2,1)參數(shù)波形:ml-3C-圖8717freq=1125GHz由圖8可看出相比圖7更接近設(shè)計要求，且證明版圖仿真與設(shè)計要求也一直，此時的微帶的長和寬的參數(shù)如圖9所示:ZAF

10、t/AF51w1=7"e103-72=640.431003w3=6O3_7S1(o>oj=9-4209<O>wG=G.91706<o>11<o>12-2©S1SSo>13=2S66SS<c*>l-=»dS.SG-12To15=2-4-41S5<o10=24.111©<O>三、設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計是用ADS設(shè)計微帶低通濾波器，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計所要制作的濾波器的原理圖。經(jīng)過小組討論后決定用切比雪夫濾波器原型來設(shè)計。根據(jù)所給的參數(shù)計算出所要設(shè)計的濾波器需要的階數(shù)為9,之后根據(jù)上網(wǎng)查找

11、的經(jīng)驗方法用ADS自帶的微帶計算器算計算出所要用的微帶的長和寬，設(shè)計完后進(jìn)行優(yōu)化時卻無法優(yōu)化出符合設(shè)計要求的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)實現(xiàn)低通。通過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，之后用第一次的計算方法，再經(jīng)過優(yōu)化終于得到正確的波形且完全符合設(shè)計要求。通過本次課程設(shè)計，使我不僅學(xué)到了通信專業(yè)相關(guān)的知識，更重要的是掌握ADS的基本使用方法。通過實