基于ADS設(shè)計(jì)2GHz階躍阻抗低通濾波器

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)題目：基于ADS設(shè)計(jì)2GHz階躍阻抗低通濾波器學(xué)院（系）： 年級(jí)專業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 基于ADS設(shè)計(jì)2GHz階躍阻抗低通濾波器摘 要：用微帶或帶狀線實(shí)現(xiàn)低通濾波器的一種相對(duì)容易的方法是用很高和很低特征阻抗的傳輸線交替排列的結(jié)構(gòu)。這種濾波器通常稱為階躍阻抗或高Z-低Z濾波器，由于它結(jié)構(gòu)緊湊且較容易設(shè)計(jì)，因此是首選設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)2GHz階躍阻抗低通濾波器時(shí)，核心之一是采用阻抗和頻率定標(biāo)公式，用低阻抗和高阻抗線代替串聯(lián)電感和并聯(lián)電容。關(guān)鍵詞： 階躍阻抗低通濾波器；微帶線；定標(biāo)公式； Based on the ADS design 2 GHZ

2、 step impedance low pass filterAbstract: Using microstrip or stripline low pass filter is a relatively easy way with high and low characteristic impedance of the transmission structure arranged alternately. This filter is usually called step impedance is low or high Z - Z filter, due to its compact

3、structure, and is easier to design, so design method is preferred. In design 2 GHZ step impedance low pass filter, one of the core is the impedance and frequency calibration formula, with low impedance and high impedance line instead of series inductance and the shunt capacitance.Key words: Step imp

4、edance low pass filter; Microstrip line. Scaling formula;學(xué)習(xí)目的1. 學(xué)習(xí)射頻電路的理論知識(shí)； 2. 掌握ADS并可以設(shè)計(jì)射頻電路；3. 通過(guò)ADS設(shè)計(jì)階躍阻抗低通濾波器；學(xué)習(xí)器件ADS(Advanced Design system)軟件ADS軟件介紹ADS全稱Advanced Design system，是Agilent公司2008年推出新版本的EDA軟件。ADS經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，仿真功能和仿真手法日益完善，最大的特點(diǎn)是集成了從IC級(jí)到電路級(jí)直至系統(tǒng)級(jí)的仿真模板。它內(nèi)含基于矩量法的電磁仿真模板，ADS Momentum是一種對(duì)3D進(jìn)行簡(jiǎn)

5、化的2.5D電磁仿真器，非常適合第三維上均勻變化的結(jié)構(gòu)仿真，如PCB板級(jí)設(shè)計(jì)、無(wú)源板級(jí)器件設(shè)計(jì)等。其仿真速度極快，同時(shí)保證和主流3D電磁仿真軟件相當(dāng)?shù)木?。此外Agilent公司和多家半導(dǎo)體廠商合作建立ADS Design Kit 及 Model File 供設(shè)計(jì)人員使用。使用者可以利用Design Kit 及軟件仿真功能進(jìn)行通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃與評(píng)估，及MMIC/RFIC、模擬與數(shù)字電路設(shè)計(jì)。除上述仿真設(shè)計(jì)功能外，ADS軟件也提供輔助設(shè)計(jì)功能，如Design Guide是以范例及指令方式示范電路或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，而Simulation Wizard是以步驟式界面進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與分析。ADS還能

6、提供與其他EDA軟件，如 SPICE、Mentor Graphics的ModelSim、Cadence的NC-Verilog、Mathworks的Matlab等做協(xié)仿真（Co-Simulation），加上豐富的元件應(yīng)用模型Library及測(cè)量/驗(yàn)證儀器間的連接功能，將能增加電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方便性、速度與精確性。低通原型濾波器設(shè)計(jì)1.濾波器的設(shè)計(jì)步驟：1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定低通原型的元器件值。2）采用阻抗和頻率定標(biāo)公式，用低阻抗和高阻抗線段代替串聯(lián)電感和并聯(lián)電容。3）根據(jù)得到的線寬和線長(zhǎng)進(jìn)行建模并仿真計(jì)算。2.先計(jì)算：對(duì)于n=0.5時(shí)，LA>20dB，故最大平坦濾波器級(jí)數(shù)n=0.5。濾波器原

7、理圖設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)原理圖（1）打開(kāi)ADS2008時(shí)，執(zhí)行【File】【Open Project】，打開(kāi)“Step_Filter”工程。（2）在“Step_Filter”工程中創(chuàng)建一個(gè)名為“Step_im_filter”的原理圖。（3）選擇“Tline-Microstrip”元器件面板列表，并選擇8個(gè)微帶線添加到原理圖中，按照?qǐng)D1所示方式連接起來(lái)。圖2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)計(jì)。2.電路參數(shù)設(shè)計(jì)（1）在“Tline-Microstrip”元器件面板中選擇微帶參數(shù)設(shè)計(jì)控件MSUB添加到原理圖中。（2）雙擊MSUB控

8、件，將基片參數(shù)按照?qǐng)D2進(jìn)行設(shè)置。圖2MSUB控件設(shè)置在原理圖設(shè)計(jì)窗口中執(zhí)行菜單命令【Tool】【LineCalc】【Start LineCalc】,打開(kāi)LineCalc工具。對(duì)元器件參數(shù)的設(shè)置根據(jù)題目要求，這里Fred=2GHz，表示微帶線工作頻率為2GHz。Wall1=默認(rèn)值，表示條帶H的邊緣到第一側(cè)壁的距離，默認(rèn)值為1.0e+30milWall2=默認(rèn)值，表示條帶H的邊緣到第二側(cè)壁的距離，默認(rèn)值為1.0e+30mil（3）參數(shù)顯示窗口參數(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。如下圖所示。 在電尺寸參數(shù)設(shè)置欄設(shè)置如下： Z0=50Ohm，表示微帶阻抗為50OhmE_Eff=90

9、deg,表示微帶線的電長(zhǎng)度為90degW=3.087mm，表示微帶線金屬片的寬度為3.087mmL=16.689mm，表示微帶線長(zhǎng)度為16.689mm低通濾波器原型電路參數(shù)結(jié)果見(jiàn)下表1表1各指節(jié)的長(zhǎng)度和寬度（4）微帶線的長(zhǎng)L、寬W是濾波器設(shè)計(jì)和優(yōu)化的主要參數(shù)，因此要用變量替換，便于后面修改和優(yōu)化。8段微帶線參數(shù)按照?qǐng)D4所示進(jìn)行設(shè)置，如下圖所示。圖4完成參數(shù)設(shè)置的電路原理圖（5）添加變量控件VAR到原理圖中。（6）雙擊變量控件VAR，彈出變量設(shè)置對(duì)話框，如圖5所示，在該對(duì)話框中進(jìn)行相關(guān)變量設(shè)置，如下圖所示。圖5變量設(shè)置對(duì)話框單擊【Tune/Opt】按鈕打開(kāi)參數(shù)優(yōu)化對(duì)話框設(shè)置變量的取值范圍，選擇“

10、Optimation”標(biāo)簽頁(yè)。其中，“Enable/Disable”表示該變量能否被優(yōu)化，“Minimum Value”表示可以優(yōu)化的最小值 ，“Maximum Value”表示可以優(yōu)化的最大值。（7）對(duì)微帶濾波器中微帶線的變量進(jìn)行取值以及優(yōu)化。（8）單擊【OK】按鈕完成設(shè)置。 這樣，一個(gè)完整的微帶低通濾波器的電路就完成了，如圖6所示。圖6完成電路參數(shù)設(shè)置的原理圖濾波器原理圖仿真（1）單擊工具欄中的仿真按鈕執(zhí)行仿真，并等待仿真結(jié)束。（2）仿真結(jié)束后，彈出顯示窗口。首先在數(shù)據(jù)窗口中添加S21參數(shù)的矩形圖，并在圖中插入標(biāo)記。（3）在數(shù)據(jù)顯示窗口中添加S11參數(shù)的矩形圖，插入標(biāo)記。如圖7所示，即為濾波器S21和S11參數(shù)曲線圖。圖7濾波器的S21和S11參數(shù)曲線總結(jié)通過(guò)對(duì)ADS的學(xué)習(xí)，我對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)有了更深的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)具體不同類型的濾波器的工作原理以及各種濾波器器件的設(shè)計(jì)有深入了解。此外，通過(guò)對(duì)實(shí)際所要求的濾波器的設(shè)計(jì)，增加了我的的實(shí)際動(dòng)手能力，通過(guò)本次ADS射頻濾波器的設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了自己的自學(xué)能力。總而言之，通過(guò)本次的實(shí)習(xí)，受益匪淺。