微带低通滤波器的设计与仿真

1、微带低通滤波器的设计与仿真分类： 电路设计     嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波器。现把它放到网上，以供大家参考。  带低通滤波器的设计一、题目第三题：低通滤波器的设计技术参数：f < 800MHz；通带插入损耗 ；带外100MHz损耗 ；特性阻抗Z0=50 Ohm。仿真软件：HFSS、ADS或IE3D介质材料：介电常数r = 2.65，板厚1mm二、设计过程1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为f < 800MHz；通带插入损耗 ；带外100M

2、Hz损耗 ；特性阻抗Z0=50 Ohm 。介质材料：介电常数r = 2.65，板厚1mm。2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的宽度及长度，确保各段长度均小于/8（为带内波长）。3、设计过程：（1）确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器，s = fs/fc = 1.82，s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB，Ls >= 30，查表得N=5，原型滤波器的归一化元件参数值如下：     g1 = g5 = 1.3394，g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.16

3、60，gL= 1.0000。   该滤波器的电路图如图1所示：                                     图1（2）计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50，则有 &

4、#160;   C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0)  = 1.3394/(2*3.1416*8*108*50) = 5.3293pF，     C3 = g3/(2*pi*f0*Z0)   =  2.1660/(2*3.1416*8*108*50)  = 8.6182pF，     L2 = L4 = Z0*g2/(2*pi*f0) =  50

5、*1.3370/(2*3.1416*8*108)  = 13.2994nH。（3）计算微带低通滤波器的实际尺寸：    设低阻抗（电容）为Z0l = 15。    经过计算可得W/d = 12.3656，e = 2.4437，则    微带宽度     W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm，    各段长度     l1 = l5 =

6、Z0l*Vpl*C1 =   15*  3*1011/sqrt(2.4437)*5.3293*10-12                                      = 15.3412mm，

7、60;                l3 = Z0l*Vpl*C3  = 15* 3*1011/sqrt(2.4437)*8.6182*10-12                      

8、0;           = 24.8088mm，    带内波长 = Vpl/f =3*1011/(sqrt(2.4437)8*108) = 239.8873mm，/8 = 29.9859mm，    可知各段均小于/8，符合要求。    设高阻抗（电感）为Z0h = 95。    经过计算可得W/d =0.85，e = 2.0402，则

9、0;   微带宽度     W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm，    各段长度 l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm，    带内波长 = Vpl/f = 3*1011/(sqrt(2.0402)*8*108) = 262.5396mm，/8 = 32.8175mm，    可知各段均小于/8，符合要求。（4）参数修正  

10、60;  经过反复优化与调试，最终确定的低通滤波器的各参数如下：     低阻抗线  W1 = W3 = W5 = 14.30mm               l1 = l5 = 18.50mm               l3 =26.97mm&#

11、160;    高阻抗线  W2 = W4 =1.05mm               l2 = l4 =30.77mm三、仿真调试与结果    本仿真基于ADS软件，设计中的低通滤波器的电路原理图如图2所示：按图连线，设置好参数后，运行仿真，得到S（2,1）（dB）关于f（MHz）的曲线图如图3及图4所示：      

12、;                             图2    由图3可以看出，设计的低通滤波器在频率大于1100MHz时，即通带外300MHz处，才使得滤波器的插入损耗L大于20dB，不满足设计要求。但由图4可知，通带内损耗小于2dB，符合要求。   

13、;                                图3                 

14、60;                图4    据此，在电路原理图上设置一个变量控制器以及优化控制器，用以优化滤波器的参数，如图5所示：                       

15、60;           图5    通过优化以后，再仿真得到的滤波器特性曲线如图6与7所示：    由图6可以看出，设计的低通滤波器在频率大于900MHz时，即带外100MHz处，滤波器的插入损耗L大于20dB，满足设计要求。                

16、0;                   图6    由图7可以看出，设计的低通滤波器在频率小于760MHz时，滤波器的插入损耗小于2dB，在800MHz处不到6dB，约有40MHz的误差，基本满足设计要求。               &

17、#160;                  图7     参数调整好后，导出微带线的版图，如图8所示：                       

18、            图8    调整好布局，对其进行仿真（注意端口的放置，图中端口1、2分别放在上下两个顶点处），得图9所示特性曲线：                           

19、;        图9    可以看出，该曲线与原理图的仿真相近，只是带外100MHz（即900MHz1100MHz）损耗仍旧小于20dB，1100MHz以后才有大于20dB的损耗，存在约200MHz的偏差。如需要更加精确的仿真结果，则要重新反复地优化微带的参数。附1： Smith圆图                                 图10附2：寄生通带                             &