微波滤波器的设计制作与调试 射频实验

微波滤波器的设计制作与调试（一）实验目的1、、了解微波滤波电路的原理及设计方法。2、学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。3、掌握微带滤波器的制作及调试方法。（二）实验内容1、使用ADS软件设计一个微带带通滤波器，并对其参数进行优化、仿真。2、根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。3、对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。（三）微带滤波器的技术指标1、通带边界频率与通带内衰减、起伏2、阻带边界频率与阻带衰减3、通带的输入电压驻波比4、通带内相移与群时延5、寄生通带技术指标说明：1、前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标，决定了滤波器的性能和种类（高通、低通、带通、带阻等）。2、输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。3、群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为dY/df，群时延为常数时，信号通过网络才不会产生相位失真。4、寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引起的，它是离设计通带一定距离处又出现的通带，设计时要避免阻带内出现寄生通带。本实验要设计的滤波器设计指标：通带3.0—3.1GHz，带内衰减小于2dB，起伏小于1dB，2.8GHz以下及3.3GHz以上衰减大于40dB，端口反射系数小于-20dB。（四）实验过程1、利用ADS软件创建实验原理图下图是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长（对中心频率而言下图是左右对称的，每一个耦合线节长度约为四分之一波长（对中心频率而言），图一下图为设置微带器件参数后的原理图:I•——TL1---Sub3t="MSut1W=1.52mmL=2.5rnrnMSubMSUB-•MSubi-•H=0..8rnm.Er=4.3I•——TL1---Sub3t="MSut1W=1.52mmL=2.5rnrnMSubMSUB-•MSubi-•H=0..8rnm.Er=4.3十.—MCFIL--C：Lin1-••Subst="MSuti1W=w1rnmS=s1mrnL=I1rnm''W1=1.52rnmW2=w2mm•Mur=1Corid=5.88E+7MCFIL-•.CLin2•••Subst=nMSub1W=w2mmS=s2rnmL=I2rnm''W1-w1mm■W2=w3-mm•MCFIL-CLin3-Hu-1.0e+033mmSubst=HMSublW=w3mmS=s3mrnL=I3mm''W1-w2rnrn'W2=w2mm•T=0-.03-mmTanD=1e-4Rough=0mmMCFIL..CLin4••Subst="MSub1W=w2mmS=s2mmL=l2rnirr'W1=w3mm-W2=w1mm•MCFIL..C：Lin5•-Subst="MSuJ3lW=w1rnmS=s1mmUlimm''-r•-MLIN..•TL2•••Suhst=”MSubFW=1.52rnmL=2.5rnm•W1=w2mm-.W2=1-.52mrn图二平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合线节中，第1、5及2、4节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的。其中的W1与W2参数代表该器件左右相邻两侧的微带器件的线宽，它们用来确定器件间的位置关系。将这些量设置为优化变量，进行优化。添加优化目标及优化控件后的原理图模型:GOAL-GOAL-irGOAL'•GOAL'OPTIMGoalOptimGoaHSimfnstanceName="SP1"Min-2Max=Weight=100....Ran^eVar[1]=,,freqHRangeMin[1]=2.99GHz'Range糊曰CHz'GoalOptimGoal2GOAL-GOAL-irGOAL'•GOAL'OPTIMGoalOptimGoaHSimfnstanceName="SP1"Min-2Max=Weight=100....Ran^eVar[1]=,,freqHRangeMin[1]=2.99GHz'Range糊曰CHz'GoalOptimGoal2Expr=,,dB(S(2J)):,'SimlhstanceName="SP1n'himMax=-40Weights00RangeVar[1^"freq"RangeMin[1]=2.7GHz‘RangeMax[1]=2.8'GHz‘GoalOptimGoal3Expr=,,dB(S(2，,1))"''SimfnstanceName="SP1"Mi「uMas=-40Weight=10D....RangeVar[1]=%色q"RangeMin[1]=3.3GHz'RarigelblaxH]=3.4GHz'EHiermTerml-•MEIN-■Num=l•TL1-•--o~■Z=50OhmSubst^'MSubl"1,■-■.n;.-■--MCFIL-■-....W=1-52mm..CLinl....L=2.5mm.Subst="MSu|o1W=w1mmS=s1mmL=11rnm''W1=1-.52-mm-W2=w2mm•-.GoalOptirn.OptimGoal4OptimlExpr="dB(S(1,1))"OptimTy|3e=Random'SimlnitahceNatfie="SP1"'''ErrorForm=L2■Min=Maxlters=100'•Max=*20P=2.Weight=1.00DesiredError=0：0-•RangeVar[1]=,,freqJ,...St^tusLeyelM...RangeMin[1]=2.99GHzSetBestValues=yes■RangeMax[1]=3：irGHz'''Seed=SaveSolhs=ho-SaveGoals=no--■SaveOptimVars=no.UpdateDataset=yesUseAIIGoals=yesMSubMSUB'■匡MSubiVAR1H=0Smrii,■.啊侦曜比3}.Er=43w2=1.opt{0.2tq3).Mur=1w3=1opt(0.2to3)Cond=5.88E+711=13-6opt(10to15}Hu=1：0e+033mm'胃壹哩黑已■T=0.03mm'''，l3=<13-6opt{10to15}•TsnD=0opt{0.2to-3}.Roughsmm.一玄哩舞。.羿.

—s3=1opt(0.2to3)CO—MCFIL•••CLin2---Subgt=,.,MSub1W=w2mmS=s2mmL=I2mm''W1=wlmm-W2-w3mm.o—MCFIL•••CLin3•••Sub.st="MSub1W=w3mmS=s3mmL=I3mm'W1=w2mm-W2-w2mm.□—-MCFIL•--CLin4----.Subst="MSuh1W=w2mmS=s2mmL=12mm■''W1=w3mm-.W2=w1mm--r~i-S-PARAMETERS•MCFIL•.•.CLin5---.SubEt="MSub1W=w1mm'S=s1mm'L=11mm'',W1=w2mm--.W2=1..52.mm.——■■j..•TL2.■■.Sub^MSubl"W=1.52mmL=2.5mm''Term''Term2.Num-2--Zr5QOhm.S二P；泌mSR1...Start=2.7GHzStbp=3.4GHzStep=10MHz然后开始优化，优化目标达到以后，保存优化后的数据然后进行仿真。仿真结束后观察入S11，S22，S21，S12的曲线，由于滤波器的对称结构，S11与S22，以及S21与S12曲线是相同的。下图为仿真结果：±1mlfreq=3.020GHzdB(S(1,1))-28.031optiter=194[m3freq=3.050GHzdB(S(1,1))=-21.500optlter=1±1mlfreq=3.020GHzdB(S(1,1))-28.031optiter=194[m3freq=3.050GHzdB(S(1,1))=-21.500optlter=1沁4Sg疆s\今今oOAm2freq=3.060GHzdB(S(1,2))-0.966optlter=1941Peakm2图四由图可以看出通过该软件设计原理图，并通过优化后仿真出的结果已经达到了我们要求的设计标准。然后我们就可以根据我们设计的原理图来生成版图，版图生成后先要设置微带电路的基本参数，然后添加仿真端口以及版图的衬底。然后开始版图仿真，下图版图仿真结果：图五图五由图可以看出生成的版图的仿真结果也达到了我们的设计指标。（五）实验结果分析理论计算：根据设计指标：通带3.0—3.1GHz,带内衰减小于2dB,起伏小于1dB,2.8GHz以下及3.3GHz以上衰减大于40dB，端口反射系数小于-20dB。微带线特性阻抗为：50求出低通滤波器原型的相应归一化频率为：①

n=—c—

1①一①U」=4.8106=-5.2232依据带通滤波器频率变换以及设计的有关条件，取绝对值小的值□1=4.8106因为选取的带内衰减为1dB,查切比雪夫滤波器衰减特性表得：滤波器级数4（带通滤波器单元为5个）同时查切比雪夫滤波器元件参数表可知：具有带内波纹1dB的4阶（5个带通滤波器单元）切比雪夫标准低通滤波器参数如下：根据公式：Z°。!.e=Z01一Z0JZ0」i,i+1=Z01+Z0Jg=1.0000g°=2.0991g=1.0644g=2.8311g=0.7892g4=2.65990」，,i+1+Z0JJ:0，i,i+1+(z0J,i+1)]t1kBWJ=10,1ZJ''2g0g1了1kBWJ=,EZ02、《g,g,+1T1■kBWJ=——'N，N+1Z0T2gNgN+1求出耦合传输线的奇模、偶模特性阻抗:iZ0Ji,i+1Z(Q)00Z(Q)0e00.156643.396259.056210.034548.334551.784520.029748.559151.529130.034548.334551.784540.156643.396259.0562（六）思考题1、如果测试中发现滤波器通带的中心频率偏高50MHz,则应当增加还是减小耦合线节的长度，才