實(shí)驗(yàn)二微帶濾波設(shè)計(jì)與仿真

關(guān)于實(shí)驗(yàn)二微帶濾波設(shè)計(jì)與仿真第1頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)濾波器設(shè)計(jì)原理；2、學(xué)習(xí)利用ADS進(jìn)行濾波器仿真設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)原理：濾波器的基礎(chǔ)是諧振電路，它是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)通帶內(nèi)頻率信號(hào)呈現(xiàn)匹配傳輸，對(duì)阻帶的頻率信號(hào)失配而進(jìn)行反射衰減，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜過(guò)濾功能。濾波器分為低通、高通、帶通和帶阻四種類(lèi)型，鏡像參量法和插入損耗法是設(shè)計(jì)集總元件濾波器的常用方法。對(duì)于微波應(yīng)用，這種設(shè)計(jì)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(gè)手段。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、利用ADS提供的設(shè)計(jì)向?qū)Э焖僭O(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，其指標(biāo)要求如下：⑴具有最平坦的相應(yīng)，通帶內(nèi)紋波系數(shù)小于2，⑵通帶截止頻率fp=4GHz，⑶阻帶截止頻率fs=8GHz處的插入損耗必須大于15dB，⑷輸入輸出阻抗為50Ω。第2頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、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(lái)加工，并且容易與其它無(wú)源和有源的微波器件集成，微帶線是準(zhǔn)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(zhǔn)靜態(tài)解獲得。接地板（銅，鋁）導(dǎo)體帶條（良導(dǎo)體構(gòu)成，寬約1毫米）介質(zhì)基片（固體介質(zhì)）第3頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、設(shè)計(jì)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(gè)名為Filter_micro_lpf的原理圖。3、執(zhí)行菜單命令[DesignGuide]→[Filter],彈出如下圖所示的濾波器選擇對(duì)話框。4、選擇“FilterControlwindow”，單擊OK,得如下圖濾波器設(shè)計(jì)窗口。第4頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月濾波器設(shè)計(jì)助手仿真助手分析助手5、單擊工具欄中圖標(biāo)，在原理圖元件面板中有“FilterDG-ALL”,如下圖。第5頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月得濾波器向?qū)е械母鞣N模型。6、在“FilterDG-ALL”元件面板中選擇一個(gè)雙端口低通濾波器模型（Low-passfilterDT），這時(shí)系統(tǒng)彈出一個(gè)提示對(duì)話框，如圖。第6頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7、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(kāi)始的設(shè)計(jì)向?qū)е?，然后打開(kāi)“FilterAssistant”標(biāo)簽頁(yè)，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(duì)應(yīng)的仿真濾波器名紋波系數(shù)阻帶損耗相應(yīng)類(lèi)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(lèi)型第7頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9、選擇濾波器類(lèi)型。選擇MaximallyFlat.10、在濾波器向?qū)е休斎朐O(shè)計(jì)參數(shù)，單擊【Redraw],即可得到一個(gè)巴特沃斯相應(yīng)曲線。第8頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12、所有參數(shù)設(shè)置完成后，單擊【Design]按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)一個(gè)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ComponentOptions按鈕，設(shè)置濾波器參數(shù)顯示對(duì)話框。第9頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15、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(biāo)。得如圖所示設(shè)計(jì)的子電路。第10頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月17、設(shè)置好濾波器相應(yīng)參數(shù)后，在濾波器向?qū)е羞x擇“SimulationAssistant”標(biāo)簽頁(yè)。修改濾波器仿真設(shè)置如圖。第11頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月18、單擊【Simulate]按鈕，開(kāi)始仿真，這樣一個(gè)集總參數(shù)濾波器設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)。第12頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集總參數(shù)濾波器轉(zhuǎn)換為微帶濾波器

Richands變換是將一段開(kāi)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(kāi)路截線。但實(shí)際的微帶線電路設(shè)計(jì)中串聯(lián)短路短截線是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。Kuroda等效給出了并聯(lián)開(kāi)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)換方法。1、Kuroda等效設(shè)計(jì)濾波器步驟用Kuroda等效設(shè)計(jì)濾波器大體分以下幾步驟：⑴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(kāi)路短截線。⑵Kuroda等效通過(guò)加入相應(yīng)的微帶傳輸線把串聯(lián)短截線變換為并聯(lián)短截線。⑶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(jì)算的特性阻抗確定各部分微帶線段尺寸，然后進(jìn)行電路仿真。第13頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、LC濾波器到微帶濾波器轉(zhuǎn)換過(guò)程⑴單擊濾波器設(shè)計(jì)向?qū)е械膱D標(biāo)，打開(kāi)濾波器轉(zhuǎn)換助手對(duì)話框，如圖。第14頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑵選擇”LCtoTline”選項(xiàng)，單擊集總參數(shù)器件，將會(huì)出現(xiàn)如圖窗口。第15頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑶單擊，然后單擊【AddAll]按鈕，添加原理圖中的L1和L2。單擊【Transform]按鈕把電感傳喚成短路串聯(lián)傳輸線。第16頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑷單擊圖標(biāo)返回，單擊并聯(lián)電容，出現(xiàn)電容轉(zhuǎn)換窗口。第17頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑸最后得到如圖的短截線轉(zhuǎn)換電路⑹單擊圖標(biāo)返回到濾波器轉(zhuǎn)換助手對(duì)話框，選中“TlinetoTline(kurode)”開(kāi)始進(jìn)行kuroda轉(zhuǎn)換。第18頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑺單擊”AddTransmissionLines“中的【BeforeNetwork]按鈕在輸入端口添加一個(gè)單元器件。同樣單擊【AfterNetwork】按鈕添加輸出端的一個(gè)單元器件。添加后的電路如圖。第19頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑻在濾波器轉(zhuǎn)換助手對(duì)話框中，選擇，然后單擊【Add】按鈕添加這對(duì)轉(zhuǎn)換，單擊【Transform】按鈕，進(jìn)行Kuroda轉(zhuǎn)換，用同樣的方法選擇進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得如圖。第20頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑼選中”LC,TlinetoMicrostrip”選項(xiàng)，單擊短截線圖標(biāo)，單擊【Add】按鈕添加所有短截線到微帶線的轉(zhuǎn)換，如圖。第21頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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=0.254×10-3mm）第22頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11、點(diǎn)擊菜單layout下generate\updatelayout生成微帶濾波器實(shí)際版圖，可以對(duì)版圖進(jìn)行仿真。第23頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Kuroda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(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果。第24頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、利用ADS提供的設(shè)計(jì)向?qū)Э焖僭O(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，其指標(biāo)要求如下：⑴具有最平坦的相應(yīng)，通帶內(nèi)紋波系數(shù)小于2，⑵通帶截止頻率fp=2~4GHz，（選擇期間頻率）⑶阻帶截止頻率fs=6~8GHz處的插入損耗必須大于20dB，（選擇期間頻率）⑷輸入輸出阻抗為50Ω。2、思考題：其他類(lèi)型濾波器可以通過(guò)此方法進(jìn)行設(shè)計(jì)嗎？第25頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MCFIL(MicrostripCoupled-LineFilterSection)

Symbol

Illustration

Parameters

Subst=microstripsubstratename

W=linewidth,inspecifiedunits

S=spacingbetweenlines,inspecifiedunits

L=linelength,inspecifiedunits

Temp=physicaltemperature,in°C

W1=(ADSLayoutoption)widthoflinethatconnectstopin1

W2=(ADSLayoutoption)widthoflinethatconnectstopin2

RangeofUsage

1

Er

18

Simulationfrequency

(GHz)

where

Er=dielectricconstant