平行耦合微带带通滤波器设计.

1、 South China Universilv of Technology 研究生课程论文 （2015-2016学年第一学期 ） 射频电路分析与设计 研究生： 提交日期： 2015年2月22日研究生签名: 学号 学院 课程编号 S0001001 课程名称 学位类别 硕士 任课教师 教师评语： 成绩评定：分任课教师签名：年 月曰 说明 1、课程论文要有题目、作者姓名、摘要、关键词、正文及 参考文献。论文题目由研究生结合课程所学内容选定；摘要 500 字以下，博士生课程论文要求有英文摘要；关键词35个；参 考文献不少于 10 篇，并应有一定的外文文献。 2、论文要求自己动手撰写，如发现论文是从网上

2、下载的， 或者是抄袭剽窃别人文章的，按作弊处理，本门课程考核成绩计 0 分。 3、课程论文用 A4 纸双面打印。字体全部用 宋体简体，题目 要求用 小二号字加粗，标题行 要求用 小四号字加粗 ，正文 内容要 求用 小四号字； 经学院同意，课程论文可以用英文撰写，字体全 部用 Times New Roman ，题目 要求用 18 号字加粗 ； 标题行 要求 用 14 号字加粗 ，正文 内容要求用 12 号字； 行距为 2 倍行距（方 便教师批注） ；页边距左为 3cm 、右为 2cm 、上为 2.5cm 、下为 2.5cm ；其它格式请参照学位论文要求。 4、 学位类别按博士、硕士、工程硕士、M

3、BA 、MPA 等填写。 5、篇幅、内容等由任课教师提出具体要求。 基于ADS设计平行耦合微带线带通滤波器 摘要：介绍了平行耦合微带线带通滤波器设计的基本原理，使用安捷伦公司的 ADS电磁仿真软件具体设计了一个通带范围为4.8GHz至5.2GHz的一个带通滤 波器。该带通滤波器的通带内的插入损耗低于3dB,相对相速度是真空中电磁波 传播速度的60% 2倍的归一化频率处的衰减低于50dB,输入输出阻抗均设置成 了 50门，设计达到了给定的指标要求。 关键词：ADS带通滤波器平行耦合微带线 、平行耦合微带线带通滤波器的基本原理: 平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组成，结构简单，易于 实

4、现，可以印制在很薄的介质基板上。平行耦合线微带带通滤波器的结构如图 1所示1,它是由若干带通耦合线节相连组成，左右对称，每一个耦合线 节长度约为1/4波长（对中心频率而言，电长度约为90deg）,其等效电路如图 1下方所示。由等效电路看出，它相当于一个导纳倒置转换器和接在两边的两 段电角度为9、特性导纳为丫0的传输线段的组合。 输出 输入 输入 输岀 15 I = * 图1平行耦合微带带通滤波器及其等效电路 通过查阅相关的文献2-4，这里将直接给出平行耦合微带带通滤波器各 个参数的计算公式，通过上述公式可以很方便的计算出各段平行耦合微带线的 奇偶模阻抗，然后利用ADS中附带的各种工具，可以很方

5、便地算出各个单元的 具体尺寸。 I JIBW 氐 b = Zo/ 1 + ZJ.+ (Za/,)2/ 、设计实例: 1. 设计要求: Desig n a band pass filter satisfies the followi ng 1.lo wer cutoff freque ncy 4.8 GH z, upper cutoff freque ncy 5.2 GH z; 2.ln serti on loss in the pass-ba nd is smaller tha n 3 dB; 3丄oss is greater than 50 dB when the normalized fr

6、equencies are larger than 2; 4. The relative phase velocity is 60% of the velocity in vacuum. 5. The in put and output impeda nee are both 50 Ohm. Use schematic tool to simulate and realize it with the layout tool (Momentum) in ADS. Give both the schematic and layout of the final filter amplifier ci

7、rcuit, detailed simulation procedure, and the simulation results obtained with both the schematic and layout circuit; 2. 滤波器的阶数的确定： 依题可得： f1=4.8GH z, f2=5.2GH z, Z0=50? 贝U:中心频率：f0= (f1+f2)/2=5GHz 相对带宽：BW = (f2-f1)/f0=0.08 在 f s2 =4.6 GHz 和 f si =5.4 GHz上衰减不小于 50 dB( a s =50 dB), 通带内衰减a p小于3 dB ,输入、输

8、出的特征阻抗均 Z0 =50 ,介质基片 的；：rj料揪话 開;员蝕:己 y HnaiJfJ.v on z.W谖3 S3：嚥甜湍闆监竺 當筑勢就=盘“圧肚snuxiss臨 理囂孵昭略各泌訓料隅品五略弭:也:呻蘿 EESM ?*-t： tlF J?1 ! kk IT*”l_ 專專空亦匸嚓带;即；濡豔曾瓣號湍駅腓苓襌 S?話曲必吧秽监钢；即鬆1 w 丕生熬器誹叙懺嚥叫 甘Ahh牴:总芒常;魁吧汇： 严一 rit4fittthiir. I r * d pvIIH 111 斛 Uh _ F4iii|MBfrAgm| leifHUMi 叱 U *-1 tin inn uiiinpi 士n .! mu a

9、iiPLii M 4t*44 Hit *- MHMinp-iiiRE- GflaidbiaiHiifl. 1 MWiMlltiil电存1 III Hh 111 1 4IU1 IlihilHori ilHivtl 11 j wi im nr iiVIINia.jh viiviriiiiuii ：-.*! fiiNNia.iii lilllJUlii* .i Hir 广 llttlN44U t1 !IlIH Vip I r 1 _IfjWjfct v- .-R- - “聽帕棚MM4INN WIBHI lU kTHF t|i -卡l fijMiMum !申 m册 ia 11 ：itnp rm ati

10、M km Rimitiit 山 申 lillF 他 r MMUMi HIHMMWinii 02 图二3分贝纹波的切比雪夫低通滤波器的阻带衰减特性 表1.耦合线参数 N gn Z0 Ze Z 00 W(mm) S(mm) L(mm) 0 1 50 3.1476 9.8783 1 3.5812 61.2322 42.3378 3.87939 0.98515 9.9579 2 0.7723 54.1001 46.4805 4.15426 2.93351 9.87337 3 4.6386 53.5382 46.9022 4.16616 3.32856 9.87268 4 0.8039 53.4636

11、46.9594 4.16770 3.38877 9.87273 5 4.6386 53.5382 46.9022 4.16616 3.32856 9.87268 6 0.7723 54.1001 46.4805 4.15426 2.93351 9.87337 7 3.5812 61.2322 42.3378 3.87939 0.98515 9.9579 8 1 50 3.1476 9.8783 4. 原理图仿真与优化： 按照以上计算出来的初始数据在ADS中画出了原理图，并测试了结果。分 别如图三与四所示。初次仿真的结果达不到设计的要求，故在此基础上对原理 图进行了优化，优化的原理图和优化后的结

12、果分别如图五和六所示。 MUN 1L1 SubslFMSubr W=423a230mm L-9.-B373SQ MM l MCFIL CUnl Subd-Iubl* W1 mim S=sl miri L叩宦m ZH MCFIL CUH2 SubMSubr VU=w2 mm Slmm L=Q mm 1b md Num 时 ZB6Q Ohm Zk MCFIL DlJn3 Sub5t=M5ubr mm S=h3 mm LAmni MSub WSUS MSubl H1 Emm Er=2.7-9 Mur=1 condi 0E+50 Hu=1.0fi+0J3 mm TO.OSJmm nD=1&-4 Rau

13、gh=O mil Bbase= &pwk3- ml m3 p-匸巴HP (ucismp -120 匾 a，AR VARI ig珊 gpg 241543 B2=2.3a5l0 W44.1驕1翻 5$=3.S2e56O I3-9.&726BQ w44.1S77W 54=3.336770 49.E72730 W1=3.07S(3SO MQFIl CLinS SuMSubV Ww4 mm S-s4 mm L=M mm 醤 S-PARWWETtRS 百祁怎州 S-P1 圉亦40 GH1 &ICp5 0 GHI SiM=3.*Dim CUnfi Subst=M$LiblB W=w4i mm S=a4 mm

14、 UI4 min MCFIL CLhT Sub5l-BMSubll S=e3 rnm L=i3 mm z MCFIL CUnS Su&sl=BMSubr 別=x2nirTi mm MCFIL cm Sub9.1=$ubr W1 M S*1 mm L=I1 mm MLIN SuM=BMSLb1 L=9.3373E0mm ? 图三未优化的原理图 2 m4 m5 ml freq=4.620GHz dB(S(Z1)d0 加 5 m4 freq=5.200GHz 3出出2)=288 -140 4.04.2-1.4 4 64.85.05.2& J 5.6 freq, GHz Tim IfennZ Nini

15、=2 Z=5a Oh m2 freq=5.000GHz dB(S(2p1)=-68.123 m3 freq=4.810GHz dB(S(Zl)dO52孕 m3 freq=5.400GHz dB(S(2F1l)=-108.129 图四 未优化时得到的 S21与S11 5Uwt=-lA5wbr WMSubT mni $=51tBFim Lufkin MSub MSUB MSubH Hl JS mm e=273 IHr1 Cw*1.aE+50 Hu=1 Dil-tflSSmi M 035 mm 1irDs|*4 加坤询mil 取昭 Rniis4 函- VARI SlO.Mi150 I1=9.957B

16、(O) nls4l!42EIZ B2=2.WM1O E=?.PT33f71QM wM.lK9fiC t3=3富越 B=9 辆p *44.16770(1 g.PTEO Q MFIL CUh5 知btih衲言er 5=Kmm LBkimm GOAL GOAL 瑕 S-PARAMEIERS S Param 申 占 MX .DfiMz SP=i&QWa S*p*0.01 GME UL-Ltflmp HLNwmp Gaal 0P&T&MSI1 E(pf=-sra.i)r Simin5BncaHHiTiH-HSP 1B wey=Fi g 母忖岬严窗 母pIMi叩严k輻比 lrdip1MB4l|Bfi.2G

17、Hz Goal OpliPGME 时Fsor EimlniarcHl4BmH-S-Pr W94gtt=1 Q 甲珅岬严伽. 和那他施1产4嶺百Hl ncaplMBi|1B4Hz Gcal 0ptimGl3 &p：5(2 nr SimlnsaarFZHNBmrS-Pl8, Wglg!W=1 Q 亍却呦户伽 F知11帽1严.咖Hl rdtplUai|lj.4Hz MCFIL CUrtfi W=w4mm &=!mm Ll4m MCFIL CLh? 5jtHl=TJ3U&1- W=w3 Him 41 mm L3mm 鞘 OH-M timl oi?1乃阿尺仙 诂阿章尸壽 DssnpdrrcrBO.Cl

18、Fina Anariisim Norm 制 iBGdH二，關 左比l!耐1皿IW5巧! 5= 刍1网5如 円祥 5BwOplrnVDr$=ng UpdariDalUHtsyks SMhfcuri-ifllRic 営 bwAINFt宾Dnn 口 U6BAIlOfVian9liyH 图五优化的电路原理图 m2 m4 ZH- MCFIL CUn$ SubSFMSubV Wa mm Ss2nm L=I2 mm 二 I MCFL GLh 轧mm晌 W*-1 mm SbiI mm Wl mm MLIh n.2 别申巧mi LW B3T汞 Dem UMIMUg&i 3r-CuffHifltfF=rg Eia

19、MCdeipil*ye!- 理AJIH詔尸np ml freq=4.620GHz dB(S 皆)戶-72667 optlter=23 m2 freq=5.000GHz dB(S(2t1)=-1.345 optlter=23 m3 freq=4 810GHz dB(S(2J)=-2.213 optl 馆 r=23 m4 freq=5.200GHz dB(S(2J 沪 2579 ptlter=23 m5 freq=5.400GHz dB(S(2,1)=-67.a81 叩 图六 原理图优化后的 S21与S11 当我同时调节8个平行耦合微带线的长度时，我发现整个频带会整体搬移, 于是我对耦合微带线的长

20、度进行了优化，得到了满足设计要求的设计。 5版图的仿真和优化： ADS中有直接将原理图转化为版图的工具，直接利用这个工具，将上面设 计的原理图转化为版图，如图七、图八所示。 图七滤波器版图 0 Mom uW Layout Substritt 一 Sub$traie Ports 密 Frequency plan 岡 Output p art 1 Opfions ；Reourte 闖 Mpdel/Symbol 2 Notes h闻出皿辺Jk sul s tritel Mfr Diol 优 iricj 1 nillittter 图八基板的设置 版图生成完毕后，对版图进行了仿真。仿真的结果如图九所示。仿真结果 与原理图仿真的结果对不上，同时也没有达到