实验四微带线带通滤波器设计

实验四：基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计与仿真实验原理滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件，在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。滤波器的介绍滤波波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。射频滤波器又可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。滤波的性能指标：频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带外又产生新的通带2、平行耦合微带线滤波器的理论当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Ze，奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。耦合微带线滤波器的设计的流程确定滤波器指标计算查表确定滤波器级数N确定标准滤波器参数计算传输线奇偶模特性阻抗计算微带线尺寸仿真优化再仿真得到波形图设计参数要求：中心频率：2.4GHz；相对带宽：9%；带内波纹：<0.5dB；在频率1.9GHz和2.9GHz处，衰减>20dB；输入输出阻抗：50Ω。具体设计步骤第一步：先用设计向导设计原理图：（1）打开ADS窗口，建立工程（2）在原理图窗口中的工具栏中选择【DesignGuide】—>【Filter】—>【FilterControlWindow】单击确定后，弹出向导设计窗口，选择FilterAssistant选项，在窗口中输入Fs1=1.9，Fs2=2.9，Fp1=2.29，Fp2=2.5，Ap=0.2，As=24.6，得到所需要的波形以及阶数N=3把参数要求输进去得到原理图：第二步：由生成原理图可以知道用三阶可以实现。下面计算参数：仿真后波形如下：序号频率dB(S(21)M12.4GHz-0.646M22.3GHz-0.56M32.5GHz-10.817M41.9GHz-42.115M52.9GHz-39.476有上表中看出，虽然在2.9GH和1.9GHz时满足要求，但在中心频率2.4GHz偏移了，而且通带的上限频率和下限频率都不满足，带内波纹也不满足。所以要进行优化：（5）原理图优化修改平行微带线段的取值方式，将平行耦合微带线段的导体带宽度W、两个导体带的间隔S和耦合微带线的长度L设置为变量，并设置相邻平行耦合微带线的尺寸，分别在下面窗口中设置4段微带线设置完成后，在原理图的工具栏选择【VAR】按钮，插入原理图的画图区。在画图区双击VAR，弹出【VariablesandEquations】对话框，在对话框中对变量w1、s1、l1、w2、s2、l2的范围进行设置w1(1to3)w2(1to4)s1(0.2to0.5)s2(0.7to1.5)l1(20to30)l2(20to30)得到在原理图中插入优化控件Optim，双击优化控件Optim，设置优化次数为100次在原理图中插入3个目标控件DOEGOAL,双击设置如下最后所得的优化原理图为最后通过工具栏中【Simulate】—>【Tuning】进行调谐得到仿真的波形图如下，优化后的值如下表：节偶模特性阻抗奇模特性阻抗相移导体带的宽度优化后的导体带的宽度导体带的间隔优化后导体带的间隔藕合线的长度优化后的藕合线的长度169.339..5902.262191.620210.271010.13621.491321.4913255.945.2902.57011.291.240131.161321.079221.0792355.945.2902.57011.291.240131.161321.079221.0792469.339.5902.262191.620210.271010.13621.491321.4913系统阻抗502.63320.9949序号频率dB(S(2,1))M12.3GHz-0.469M22.5GHz-0.456M32.4GHz-0.450M41.9GHz-32.187M52.9GHz-25.932从上图可以看出：M3为中心频率为2.4GHz在中心，满足技术指标，