平行耦合微带带通滤波器设计知识讲解

1、平行耦合微带带通滤波器设计研 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，弁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、MBA、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

3、，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 ,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

4、，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8、特性导纳为 Y0的传输线段的组合。输出输入输入输出图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。/僮 L = Zo/ 1 + ZM+ (Zdi) /、设计实例:.设计要求:Design a band pass filter satisfies the follow

5、ingl.lower cutoff frequency 4.8 GHz, upper cutoff frequency 5.2 GHz;2.Insertion loss in the pass-band is smaller than 3 dB;.Loss is greater than 50 dB when the normalized frequencies are larger than 2;.The relative phase velocity is 60% of the velocity in vacuum.The input and output impedance are bo

6、th 50 Ohm.Use schematic tool to simulate and realize it with the layou t 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 schematic and layout circuit;.滤波器的阶数的确定：依题可得：f1=

7、4.8GHz, f2=5.2GHz, Z0=50?WJ: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( a s =50dB),通带内衰减a p小于3 dB , 输入、输出的特征阻抗均 Z0 =50,介质基片的e 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 35 um。1=至&=%k f 2 f1 5.24.81k110A5 110A0.3 1317cosh1 - k1 cosh1 1 k故我们在这里

8、选取滤波器的阶数为7阶，这样更有利于带外抑制。.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g。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。所有结果如表一所示。Ll IIWJIF“-I”riii R jh ii:;界卅南邺小盘4 口售腿股;郡:r肃而塔事网:uw胆胆里幽幽露 ”.It. lU in RJPrf 幡内i 1Liiljn c ii: 11asivirfiMi n H lit HlI”, iimhmmim nn ir 】WNLUilOlrfl r iki. ： ii tiijnnikiiiiinhiI- II IMliivi- I

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13、(VHI.IMlfllAi 1111n L m *! II II III hilllt til | III III rifl Ik hIK限部隅璃微制lllttltllMiHIHIU Kltl IHh iii mini h in MltliMlVIlll h慑卜图二3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NgnZ0Z0eZ0OW(mm)S(mm)L(mm)01503.14769.878313.581261.232242.33783.879390.985159.957920.772354.100146.48054.154262.933519.8733734.638653.53

14、8246.90224.166163.328569.8726840.803953.463646.95944.167703.388779.8727354.638653.538246.90224.166163.328569.8726860.772354.100146.48054.154262.933519.8733773.581261.232242.33783.879390.985159.957981503.14769.8783.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

15、的原理图和优化后的结果分别如图五和六所示。s1BG15D lrl=9J57M0 333?mL吗! 3FM0 mmm4freq=5 200 GHz dB(S(2J)A92 988MN f M 2sM0m5freq=5 400GHz犯傍21)尸108,129图四 未优化时得到的 S21与S11rCZH-MUHTL151fcl心热”28 k 贮 mnMCPLCUaI 54皿$所 W*v1 Wi 9F urn 1_叫一用不CZHUHEW到G1 Mjv1器RE*233fW=-2 nmSTS E g rfifrUHWhg.Wwnmg -rn图，二 收u II4M51K1151D12吟9巾。死 wW，!附中

16、63-3 S?HK 丘期制 4M- F(DC-3.里”之 中比冏 530730COALCLinS 防5P品 W*p4iffl 亚Hma LBHMSGRA 楠 FnE 造叩语配2.1./* nKZ*nkW g巾e q h-Wjip ftl*01M 巾 fBG吨 h*-P THip5 *GHei?*d3 2.1 Ifgmis4Hmm泸 时号网0XMIX hflWlWl|M MiG nfleplka(i|*4*SHiOp&wMmthee 寓2111r争即skiEl q FT洲产*0加州呢作一eE-i|T45GHECLM *li= 2 T 郭awEL*nm3-MCFU dm dMiF&Ufr旷幅$=*

17、3”M mm如山-4=J &P1 ini 71 UirrlCvM-1注囹Hu-1 T=QQ35ei 事Wd5fli S=4,D4Hi 鹫 lE DGHE mxf m臼十I辞I白EM ICunl为班kWu5T3中？一L=4 mmuCUrT9 ftbfeiMub1B gftE S=S1 ITTI L T，伽llHra32SMu% 酎 MP 3 S-UftinLM*U| naAn H E f 0n. YWZGWtDlHr=Yi4 &VAVzrr rdl=rg ItMlbtoMlnMA #-电H-TAiQdfl l叫 、iwC jnrrt j iKi Evgg忸曰M ; MnUlW*FTL2Wn a

18、3i rr图五优化的电路原理图m3 m2 rn4P TJmlfreq=4 620GHz dB(S(211)=-72 667Optl 丽2m2freq=5.DD0GHz dB(S(2,1 )=-1.345optller=23m3freq=4.8lOGHdB(S(2,1)=-2,213optlter=2 4m4freq=5 200GHzdB(S(2J)尸2579Mtltar=2* m5 freq=6.400GHz dB(S(2,1)=-67.881 optlter=23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。.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。m4 freq=4.604GHz dB(Si12)=-43364m2freq=5.396GHz尸-生冲freq. GHz0Pm3freq