平行耦合微带带通滤波器设计

1、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 日说明1、课程论文要有题目、作者、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3 5 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

2、 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 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 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、 MBA 、MPA 等填写。5、篇幅、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

3、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围为4.8GHz 至 5.2GHz 的一个带通滤波器。该带通滤波器的通带的插入损耗低于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 ，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

4、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、特性导纳为 Y0 的传输线段的组合。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， 可以很方便地算出各个单元的 具体尺寸。、设计实例：1. 设计要求：Design a band

5、 pass filter satisfies the following ：1.lower cutoff frequency 4.8 GHz, upper cutoff frequency 5.2 GHz; 2.Insertion loss inthe pass-band is smaller than 3 dB;3. Loss is greater than 50 dB when the normalized frequencies are larger than 2;4. The relative phase velocity is 60% of the velocity in vacuu

6、m.5. The input and output impedance 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 circuit, detailed simulation procedure, and the simulation results obtained with both the schemat

7、ic and layout circuit;2. 滤波器的阶数的确定：依题可得：f1=4.8GHz, f2=5.2GHz, Z0=50?则：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 s1 =5.4 GHz 上衰减不小于 50 dB( s =50 dB), 通带衰减 p 小于 3 dB , 输入、输出的特征阻抗均 Z0 =50, 介质基片的r =2.78(通过其相速度是真空中光速的60%计算得出的) , 其厚度 h =1.6 mm,导体层厚度 35um 。4.831771 fs2 fs1 5.4

8、 4.6 = k f 2 f1 5.21 105 1 k1 100.3 1 cosh 1 1k1n1cosh 1k故我们在这里选取滤波器的阶数为 7 阶，这样更有利于带外抑制。3. 平行耦合线尺寸的计算：通过查表如图二所示，可以得到低通原型中g0 到 g8的值，进一步通过上述的公式， 可以计算出每一段平行耦合微带线的奇偶模特征阻抗。 所有结果如峯期運恨理呂幣坦wffl里=a,llllr/lBlh jlyiE.匸 tvx虽? =泣 Hus=F -Av=产！=?誌乂:?翼 # 更聖s離趕8一 - - !;!一七urm m2虽 E二_1r表 1. 耦合线参数NgnZ0Z0eZ 0OW(mm)S(mm

9、)L(mm)01503.14769.878313.581261.232242.33783.879390.985159.957920.772354.100146.48054.154262.933519.8733734.638653.538246.90224.166163.328569.8726840.803953.463646.95944.167703.388779.8727354.638653.538246.90224.166163.328569.8726860.772354.100146.48054.154262.933519.8733773.581261.232242.33783.8793

10、90.985159.957981503.14769.87834. 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果分别如图五和六所示。图三 未优化的原理图图四 未优化时得到的 S21 与 S11图五 优化的电路原理图图六 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

11、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，同时也没有达到设计的要求图九 版图仿真结果将版图文件保存为symbol 文件，导入原理图中进行优化，结果得到了一定 的改善，仿真结果如图十所示图十 优化后的版图三结论：理论数据与实际得出的结果会存在一定的偏差， 上述计算出来的理论数据，设计出来的滤波器并没有达到设计指标。后来通过改变微带耦合线的电长度，优化出了相应的结果，这实际上是对开路线末端电容延长效应进行了验证。参考文献： 1 钟蔚杰 , 景曙 . 微带线带通滤波器的 ADS 辅助设计 J .现代雷达 , 2008, 30(3):83-85 . 2 黄玉兰