平行耦合微帶帶通濾波器設(shè)計(jì)知識(shí)講解

1、平行耦合微帶帶通濾波器設(shè)計(jì)研 究生課 程論文（2015-2016 學(xué)年第一學(xué)期 ）射頻電路分析與設(shè)計(jì)研究生：提交日期：2015年2月22日研究生簽名:學(xué)號(hào)學(xué)院課程編號(hào)S0001001課程名稱學(xué)位類別碩士任課教師教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)?cè)u(píng)定：分任課教師簽名：年 月日1、課程論文要有題目、作者姓名、摘要、關(guān)鍵詞、正文及 參考文獻(xiàn)。論文題目由研究生結(jié)合課程所學(xué)內(nèi)容選定；摘要 500字以下，博士生課程論文要求有英文摘要；關(guān)鍵詞35個(gè)；參考文獻(xiàn)不少于 10篇，弁應(yīng)有一定的外文文獻(xiàn)。2、論文要求自己動(dòng)手撰寫，如發(fā)現(xiàn)論文是從網(wǎng)上下載的， 或者是抄襲剽竊別人文章的，按作弊處理，本門課程考核成績(jī) 計(jì)0分。3、課程論文用

2、A4紙雙面打印。字體全部用 宋體簡(jiǎn)體，題 目要求用 小二號(hào)字加粗，標(biāo)題行 要求用小四號(hào)字加粗，正文內(nèi) 容要求用 小四號(hào)字；經(jīng)學(xué)院同意，課程論文可以用英文撰寫， 字體全部用 Times New Roman ,題目 要求用18號(hào)字加粗；標(biāo) 題行要求用14號(hào)字加粗，正文內(nèi)容要求用12號(hào)字；行距為2 倍行距（方便教師批注）；頁(yè)邊距左為 3cm、右為2cm、上為 2.5cm、下為2.5cm ;其它格式請(qǐng)參照學(xué)位論文要求。4、學(xué)位類別按博士、碩士、工程碩士、MBA、MPA等填寫。5、篇幅、內(nèi)容等由任課教師提出具體要求。基于ADS設(shè)計(jì)平行耦合微帶線帶通濾波器摘要：介紹了平行耦合微帶線帶通濾波器設(shè)計(jì)的基本原理

3、，使用安捷倫公司的ADS電磁仿真軟件具體設(shè)計(jì)了一個(gè)通帶范圍為4.8GHz至5.2GHz的一個(gè)帶通濾波器。該帶通濾波器的通帶內(nèi)的插入損耗低于3dB,相對(duì)相速度是真空中電磁波傳播速度的 60%, 2倍的歸一化頻率處的衰減低于50dB,輸入輸出阻抗均設(shè)置成了 50 ,設(shè)計(jì)達(dá)到了給定的指標(biāo)要求。關(guān)鍵詞：ADS帶通濾波器平行耦合微帶線、平行耦合微帶線帶通濾波器的基本原理:平行耦合線微帶帶通濾波器是由幾節(jié)半波長(zhǎng)諧振器組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于 實(shí)現(xiàn)，可以印制在很薄的介質(zhì)基板上。平行耦合線微帶帶通濾波器的結(jié)構(gòu)如圖 1所示1,它是由若干帶通耦合線節(jié)相連組成，左右對(duì)稱，每一個(gè)耦合線節(jié)長(zhǎng)度約為1/4波長(zhǎng)（對(duì)中心頻率而言

4、，電長(zhǎng)度約為 90deg）, 其等效電路如 圖1下方所示。由等效電路看出，它相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)納倒置轉(zhuǎn)換器和接在兩邊的兩段電角度為8、特性導(dǎo)納為 Y0的傳輸線段的組合。輸出輸入輸入輸出圖1平行耦合微帶帶通濾波器及其等效電路通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)2-4,這里將直接給出平行耦合微帶帶通濾波器各 個(gè)參數(shù)的計(jì)算公式，通過(guò)上述公式可以很方便的計(jì)算出各段平行耦合微帶線的 奇偶模阻抗，然后利用ADS中附帶的各種工具，可以很方便地算出各個(gè)單元的具體尺寸。/僮 L = Zo/ 1 + ZM+ (Zdi) /、設(shè)計(jì)實(shí)例:.設(shè)計(jì)要求:Design a band pass filter satisfies the follow

5、ingl.lower cutoff frequency 4.8 GHz, upper cutoff frequency 5.2 GHz;2.Insertion loss in the pass-band is smaller than 3 dB;.Loss is greater than 50 dB when the normalized frequencies are larger than 2;.The relative phase velocity is 60% of the velocity in vacuum.The input and output impedance are bo

6、th 50 Ohm.Use schematic tool to simulate and realize it with the layou t tool (Momentum) in ADS. Give both the schematic and layout of the final filter amplifier circuit, detailed simulation procedure, and the simulation results obtained with both the schematic and layout circuit;.濾波器的階數(shù)的確定：依題可得：f1=

7、4.8GHz, f2=5.2GHz, Z0=50?WJ:中心頻率：f0= (f1+f2)/2=5GHz相對(duì)帶寬：BW = (f2-f1)/f0=0.08在 f s2 =4.6 GHz 和 f s1 =5.4 GHz上衰減不小于 50 dB( a s =50dB),通帶內(nèi)衰減a p小于3 dB , 輸入、輸出的特征阻抗均 Z0 =50,介質(zhì)基片的e r =2.78(通過(guò)其相速度是真空中光速的60%計(jì)算得出的)，其厚度h =1.6 mm , 導(dǎo)體層厚度 35 um。1=至&=%k f 2 f1 5.24.81k110A5 110A0.3 1317cosh1 - k1 cosh1 1 k故我們?cè)谶@里

8、選取濾波器的階數(shù)為7階，這樣更有利于帶外抑制。.平行耦合線尺寸的計(jì)算：通過(guò)查表如圖二所示，可以得到低通原型中g(shù)。到g8的值，進(jìn)一步通過(guò)上述的公式，可以計(jì)算出每一段平行耦合微帶線的奇偶模特征阻抗。所有結(jié)果如表一所示。Ll IIWJIF“-I”riii R jh ii:;界卅南鄴小盤4 口售腿股;郡:r肅而塔事網(wǎng):uw膽膽里幽幽露 ”.It. lU in RJPrf 幡內(nèi)i 1Liiljn c ii: 11asivirfiMi n H lit HlI”, iimhmmim nn ir 】WNLUilOlrfl r iki. ： ii tiijnnikiiiiinhiI- II IMliivi- I

9、 I-/HHIMIHttll -H 1tlvrlMiIiiHi h I hili IE llinMr H:Mtn UWIMd)J：mu J7i# 事 IdHii iwub JI,Ikw HIMllinuiSH照撕賊里甥明那j3JUll fill ills 4IWIHliiPh *! I-IHI jl BiirJ,hMMiiiiniiMitoii jmt ，2SffWf止EEd”lMrfW JHW *r喀盤啊帶RffiW；瑞篇:叫號(hào)行UIjnlmiiii i4F，EiMT !*llflMteM獨(dú)科,W木JrilFTFril UW ltt_4Mm*l 日 ijB*AVO .tfldl _ 一 _

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13、(VHI.IMlfllAi 1111n L m *! II II III hilllt til | III III rifl Ik hIK限部隅璃微制lllttltllMiHIHIU Kltl IHh iii mini h in MltliMlVIlll h懾卜圖二3分貝紋波的切比雪夫低通濾波器的阻帶衰減特性表1.耦合線參數(shù)NgnZ0Z0eZ0OW(mm)S(mm)L(mm)01503.14769.878313.581261.232242.33783.879390.985159.957920.772354.100146.48054.154262.933519.8733734.638653.53

14、8246.90224.166163.328569.8726840.803953.463646.95944.167703.388779.8727354.638653.538246.90224.166163.328569.8726860.772354.100146.48054.154262.933519.8733773.581261.232242.33783.879390.985159.957981503.14769.8783.原理圖仿真與優(yōu)化：按照以上計(jì)算出來(lái)的初始數(shù)據(jù)在ADS中畫出了原理圖，并測(cè)試了結(jié)果。分別如圖三與四所示。初次仿真的結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，故在此基礎(chǔ)上對(duì)原 理圖進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化

15、的原理圖和優(yōu)化后的結(jié)果分別如圖五和六所示。s1BG15D lrl=9J57M0 333?mL嗎! 3FM0 mmm4freq=5 200 GHz dB(S(2J)A92 988MN f M 2sM0m5freq=5 400GHz犯傍21)尸108,129圖四 未優(yōu)化時(shí)得到的 S21與S11rCZH-MUHTL151fcl心熱”28 k 貯 mnMCPLCUaI 54皿$所 W*v1 Wi 9F urn 1_叫一用不CZHUHEW到G1 Mjv1器RE*233fW=-2 nmSTS E g rfifrUHWhg.Wwnmg -rn圖，二 收u II4M51K1151D12吟9巾。死 wW，!附中

16、63-3 S?HK 丘期制 4M- F(DC-3.里”之 中比冏 530730COALCLinS 防5P品 W*p4iffl 亞Hma LBHMSGRA 楠 FnE 造叩語(yǔ)配2.1./* nKZ*nkW g巾e q h-Wjip ftl*01M 巾 fBG噸 h*-P THip5 *GHei?*d3 2.1 Ifgmis4Hmm瀘 時(shí)號(hào)網(wǎng)0XMIX hflWlWl|M MiG nfleplka(i|*4*SHiOp&wMmthee 寓2111r爭(zhēng)即skiEl q FT洲產(chǎn)*0加州呢作一eE-i|T45GHECLM *li= 2 T 郭awEL*nm3-MCFU dm dMiF&Ufr曠幅$=*

17、3”M mm如山-4=J &P1 ini 71 UirrlCvM-1注囹Hu-1 T=QQ35ei 事Wd5fli S=4,D4Hi 鷲 lE DGHE mxf m臼十I辭I白EM ICunl為班kWu5T3中？一L=4 mmuCUrT9 ftbfeiMub1B gftE S=S1 ITTI L T，伽llHra32SMu% 酎 MP 3 S-UftinLM*U| naAn H E f 0n. YWZGWtDlHr=Yi4 &VAVzrr rdl=rg ItMlbtoMlnMA #-電H-TAiQdfl l叫 、iwC jnrrt j iKi Evgg忸曰M ; MnUlW*FTL2Wn a

18、3i rr圖五優(yōu)化的電路原理圖m3 m2 rn4P TJmlfreq=4 620GHz dB(S(211)=-72 667Optl 麗2m2freq=5.DD0GHz dB(S(2,1 )=-1.345optller=23m3freq=4.8lOGHdB(S(2,1)=-2,213optlter=2 4m4freq=5 200GHzdB(S(2J)尸2579Mtltar=2* m5 freq=6.400GHz dB(S(2,1)=-67.881 optlter=23圖六原理圖優(yōu)化后的 S21與S11當(dāng)我同時(shí)調(diào)節(jié) 8個(gè)平行耦合微帶線的長(zhǎng)度時(shí)，我發(fā)現(xiàn)整個(gè)頻帶會(huì)整體搬移，于是我對(duì)耦合微帶線的長(zhǎng)度進(jìn)行了優(yōu)化，得到了滿足設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)。.版圖的仿真和優(yōu)化：ADS中有直接將原理圖轉(zhuǎn)化為版圖的工具，直接利用這個(gè)工具，將上面設(shè)計(jì)的原理圖轉(zhuǎn)化為版圖，如圖七、圖八所示圖七濾波器版圖圖八基板的設(shè)置版圖生成完畢后，對(duì)版圖進(jìn)行了仿真。仿真的結(jié)果如圖九所示。仿真結(jié)果 與原理圖仿真的結(jié)果對(duì)不上，同時(shí)也沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。m4 freq=4.604GHz dB(Si12)=-43364m2freq=5.396GHz尸-生沖freq. GHz0Pm3freq