實驗二微帶濾波設(shè)計與仿真

1、實驗二、微帶濾波器設(shè)計1一、實驗目的：1、學習濾波器設(shè)計原理；2、學習利用ADS進行濾波器仿真設(shè)計。二、實驗原理： 濾波器的基礎(chǔ)是諧振電路，它是一個二端口網(wǎng)絡，對通帶內(nèi)頻率信號呈現(xiàn)匹配傳輸，對阻帶的頻率信號失配而進行反射衰減，從而實現(xiàn)信號頻譜過濾功能。 濾波器分為低通、高通、帶通和帶阻四種類型，鏡像參量法和插入損耗法是設(shè)計集總元件濾波器的常用方法。對于微波應用，這種設(shè)計必須變更到由傳輸線組成的分布器件上。Richard變換和Kuroda恒等關(guān)系提供了這個手段。三、實驗內(nèi)容：1、利用ADS提供的設(shè)計向?qū)Э焖僭O(shè)計一個低通濾波器，其指標要求如下：具有最平坦的相應，通帶內(nèi)紋波系數(shù)小于2，通帶截止頻率f

2、p=4GHz，阻帶截止頻率fs=8GHz處的插入損耗必須大于15dB，輸入輸出阻抗為50。22、微帶線工作原理 微帶線是目前比較流行的平面?zhèn)鬏斁€，它可以利用光繪來加工，并且容易與其它無源和有源的微波器件集成，微帶線是準TEM模式，它的相速、傳播常數(shù)和特性阻抗可以由靜態(tài)或準靜態(tài)解獲得。接地板（銅，鋁）導體帶條（良導體構(gòu)成，寬約1毫米）介質(zhì)基片（固體介質(zhì)）3四、設(shè)計步驟：1、在主窗口菜單欄新建工程Step_Filter.2、在Step_Filter工程中建一個名為Filter_micro_lpf的原理圖。3、執(zhí)行菜單命令Design GuideFilter,彈出如下圖所示的濾波器選擇對話框。4、選

3、擇“Filter Control window”，單擊OK,得如下圖濾波器設(shè)計窗口。4濾波器設(shè)計助手仿真助手分析助手5、單擊工具欄中 圖標，在原理圖元件面板中有“Filter DG-ALL” ,如下圖。5得濾波器向?qū)е械母鞣N模型。6、在“Filter DG-ALL” 元件面板中選擇一個雙端口低通濾波器模型（Low-pass filter DT） ，這時系統(tǒng)彈出一個提示對話框，如圖。67、單擊OK,并將選擇的雙端口低通濾波器添加到原理圖中。8、重新回到開始的設(shè)計向?qū)е?，然后打開“Filter Assistant”標簽頁，可以看到如下帶有濾波器參數(shù)設(shè)置和濾波器幅頻參數(shù)設(shè)置的窗口。對應的仿真濾波器名

4、紋波系數(shù)阻帶損耗相應類型幅頻特性曲線阻帶截止頻率通帶截止頻率首元件連接類型79、選擇濾波器類型。選擇Maximally Flat.10、在濾波器向?qū)е休斎朐O(shè)計參數(shù)，單擊【Redraw,即可得到一個巴特沃斯相應曲線。812、所有參數(shù)設(shè)置完成后，單擊【Design按鈕，系統(tǒng)自動設(shè)計一個集總參數(shù)濾波器。13、返回原理圖窗口中，雙擊濾波器模型，查看濾波器的參數(shù)。14、單擊Component Options按鈕，設(shè)置濾波器參數(shù)顯示對話框。915、勾選所有按鈕，得到如圖顯示參數(shù)。16、查看模型中的具體電路，選擇該模型，單擊 圖標。得如圖所示設(shè)計的子電路。1017、設(shè)置好濾波器相應參數(shù)后，在濾波器向?qū)е羞x擇

5、“Simulation Assistant”標簽頁。修改濾波器仿真設(shè)置如圖。1118、單擊【Simulate按鈕，開始仿真，這樣一個集總參數(shù)濾波器設(shè)計完成，但由于頻率高，不宜采用集總參數(shù)元件，需要將其轉(zhuǎn)換為分布電路器件，這樣采用Richards變換和Kuroda等效來實現(xiàn)。12集總參數(shù)濾波器轉(zhuǎn)換為微帶濾波器 Richands變換是將一段開路或短路傳輸線等效為分布的電感或電容元器件的理論。即將串聯(lián)電感等效為一段短路截線，將并聯(lián)電容等效為一段并聯(lián)開路截線。但實際的微帶線電路設(shè)計中串聯(lián)短路短截線是無法實現(xiàn)的。Kuroda等效給出了并聯(lián)開路截線和一段傳輸線與串聯(lián)短截線和一段傳輸線兩種電路之間的一種轉(zhuǎn)換

6、方法。1、Kuroda等效設(shè)計濾波器步驟用Kuroda等效設(shè)計濾波器大體分以下幾步驟：根據(jù)Richards規(guī)則將集總參數(shù)的串聯(lián)電感和并聯(lián)電容變換成短路短截線和開路短截線。Kuroda等效通過加入相應的微帶傳輸線把串聯(lián)短截線變換為并聯(lián)短截線。選擇微帶線參數(shù)（厚度、介電常數(shù)及介質(zhì)損耗等）根據(jù)計算的特性阻抗確定各部分微帶線段尺寸，然后進行電路仿真。132、LC濾波器到微帶濾波器轉(zhuǎn)換過程單擊濾波器設(shè)計向?qū)е械?圖標，打開濾波器轉(zhuǎn)換助手對話框，如圖。14選擇”LC to Tline”選項，單擊集總參數(shù)器件 ，將會出現(xiàn)如圖窗口。15單擊 ，然后單擊【Add All按鈕，添加原理圖中的L1和L2。單擊【Tr

7、ansform按鈕把電感傳喚成短路串聯(lián)傳輸線。16單擊 圖標返回，單擊并聯(lián)電容 ，出現(xiàn)電容轉(zhuǎn)換窗口。17最后得到如圖的短截線轉(zhuǎn)換電路單擊 圖標返回到濾波器轉(zhuǎn)換助手對話框，選中“Tline to Tline(kurode)”開始進行kuroda轉(zhuǎn)換。18單擊”Add Transmission Lines“中的【Before Network按鈕在輸入端口添加一個單元器件。同樣單擊【After Network】按鈕添加輸出端的一個單元器件。添加后的電路如圖。19在濾波器轉(zhuǎn)換助手對話框中，選擇 ，然后單擊【Add】按鈕添加這對轉(zhuǎn)換，單擊【Transform】按鈕，進行Kuroda轉(zhuǎn)換，用同樣的方法選擇

8、 進行轉(zhuǎn)換，得如圖。20選中”LC,Tline to Microstrip”選項，單擊短截線 圖標，單擊【Add】按鈕添加所有短截線到微帶線的轉(zhuǎn)換，如圖。21（10）設(shè)置基片厚度為30mil，基片介電常數(shù)為4.4，單擊Transform】按鈕把短截線轉(zhuǎn)換為微帶線，單擊OK轉(zhuǎn)換完成。(1mil=0.25410-3mm）2211、點擊菜單layout下generateupdate layout生成微帶濾波器實際版圖，可以對版圖進行仿真。23Kuroda等效后的仿真12、加入s參數(shù)仿真端口和仿真控制器，設(shè)置如圖參數(shù)執(zhí)行仿真得到如下結(jié)果：仿真曲線達到預期設(shè)計結(jié)果。24實驗報告1、利用ADS提供的設(shè)計向

9、導快速設(shè)計一個低通濾波器，其指標要求如下：具有最平坦的相應，通帶內(nèi)紋波系數(shù)小于2，通帶截止頻率fp=24GHz，（選擇期間頻率）阻帶截止頻率fs=68GHz處的插入損耗必須大于20dB，（選擇期間頻率）輸入輸出阻抗為50。2、思考題：其他類型濾波器可以通過此方法進行設(shè)計嗎？25MCFIL (Microstrip Coupled-Line Filter Section) Symbol Illustration Parameters Subst = microstrip substrate name W = line width, in specified units S = spacing between lines, in specified units L = line length, in specified units Temp = physical temperature, in C W1 = (ADS Layout option) width of line that connects to pin 1 W2 = (ADS Layout option) width of line that connects to pin 2 Range of Usage 1 Er 18Simulati