ADS低通濾波器的設計與仿真

1、電磁場與微波技術課程設計報告 課程題目： 低通濾波器的設計與仿真 姓 名： 指導老師： 系 別： 電子信息與電氣工程系 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 學 號： 完成時間： 低通濾波器的設計與仿真摘要：微波濾波器是用來分離不同頻率微波信號的一種器件。它的主要作用是抑制不需要的信號, 使其不能通過濾波器, 只讓需要的信號通過。在微波電路系統(tǒng)中，濾波器的性能對電路的性能指標有很大的影響，因此如何設計出一個具有高性能的濾波器，對設計微波電路系統(tǒng)具有很重 要的意義。微帶電路具有體積小，重量輕、頻帶寬等諸多優(yōu)點，近年來在微波電路系統(tǒng)應用廣泛，其中用微帶做濾波器是其主要應用之一。關鍵詞：ads；微帶線；低通

2、濾波器一、設計思路1、設計要求：截止頻率：1.1GHz，通帶內(nèi)波紋小于0.2dB，在 1.21GHz 處具有不小 于 25dB 的帶外衰減。2、 方案選擇利用橢圓函數(shù)濾波器設計并仿真，經(jīng)過優(yōu)化后，結(jié)果調(diào)出來的波形能達到指標，但波形會形成帶阻波形，只能實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)低通。所以不選。利用切比雪夫濾波器設計并仿真，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試后可用。3、設計法案首先用 LC 設計低通濾波器集總參數(shù)模型當頻率工作在高頻時，要用微帶線代替 LC 元件。高阻抗微帶線代替串聯(lián)電 感，低阻抗微帶線代替并聯(lián)電容。一般取 Zhigh=120， Zlow=20。在輸入和輸 出加上 50微帶線。然后根據(jù)設計要求通過 ADS 自帶的

3、Linecalc 計算轉(zhuǎn)換過來的微帶線長和寬。 在進行設計時， 主要以濾波器的 S 參數(shù)作為優(yōu)化目標進行優(yōu)化仿真。 S21（S12） S（ 表示傳輸參數(shù)，濾波器的通帶，阻帶的位置以及衰減，起伏全部表現(xiàn)在 S21（S12） 隨頻率變化的曲線上。S11（S22）參數(shù)是輸入、輸出端口的反射系數(shù)，由它可以 換算輸入輸出的電壓駐波比。如果反射系數(shù)過大，就會導致反射損耗過大，影響 系統(tǒng)的后級匹配，使系統(tǒng)性能下降。 板材設置：H（基板厚度）=0.8mm，Er（基板相對介電常數(shù)）=2.2，Mur （磁導率）=1，Cond（金屬電導率）=1E+50，Hu（封裝高度）=1E+033mm，T （金屬層厚度）=0.0

4、1mm，TanD（損耗角正切）=0。二、仿真過程及電路原理圖、版圖、S 參數(shù)等經(jīng)過ADS軟件的仿真和折中，以下就以相對比較好的方案為例介紹詳細過程以及電路和版圖仿真的情況。低通濾波器集總參數(shù)模型如圖1所示： 圖1原理圖設計并加T型接口如圖2所示： 圖2優(yōu)化控件如圖 3 所示： 圖3未經(jīng)優(yōu)化原理圖仿真的S（2，1）參數(shù)如圖 4 所示：圖4圖中 m1 位置即為1.1GHz，與要求衰減3dB還有差距。因此需要對原電路進行優(yōu)化，優(yōu)化完后的S（2，1）參數(shù)如圖5所示： 圖5由圖5可看出經(jīng)過優(yōu)化后的S（2，1）參數(shù)達到設計要求。圖6電路圖仿真成功后進行PBC版圖的生成和仿真，利用ADS軟件生產(chǎn)版圖如圖6：

5、當生成版圖后，在版圖的兩端邊沿打上兩個 Port，設置 Port 的板層和版圖的 板層一致。 接下來就是把原理圖的參數(shù)導入5版圖中，點擊版圖窗口菜單中的Momentum -> Substrate -> Update From Schematic從原理圖中獲得參數(shù)。之后點擊Momentum -> Simulation -> S-parameter彈出仿真設置窗口，該窗口右側(cè)的Sweep Type選擇Adaptive，起止頻率設為與原理圖中相同，采樣點數(shù)限制取10 (因為仿真很慢，所以點數(shù)不要取得太多)。然后點擊Update按鈕，將設置填入左側(cè)列表中，點擊Simulate按

6、鈕開始進行仿真。仿真完S（2，1）參數(shù)波形如圖7：圖8圖7由圖7可看出版圖仿真的截止頻率與設計要求還有點偏差，重新回到原理圖窗口進行優(yōu)化仿真，產(chǎn)生這種情況的原因是微帶線的寬度取值不合適，可以改變優(yōu)化變量的初值，也可根據(jù)曲線與指標的差別情況適當調(diào)整優(yōu)化目標的參數(shù)，重新進行優(yōu)化。經(jīng)過多次重新優(yōu)化后得到如圖8的S（2，1）參數(shù)波形：由圖8可看出相比圖7更接近設計要求，且證明版圖仿真與設計要求也一直，此時的微帶的長和寬的參數(shù)如圖9所示：圖9三、設計總結(jié)本次課程設計是用ADS設計微帶低通濾波器，根據(jù)設計要求設計所要制作的濾波器的原理圖。經(jīng)過小組討論后決定用切比雪夫濾波器原型來設計。根據(jù)所給的參數(shù)計算出所

7、要設計的濾波器需要的階數(shù)為9，之后根據(jù)上網(wǎng)查找的經(jīng)驗方法用ADS自帶的微帶計算器算計算出所要用的微帶的長和寬，設計完后進行優(yōu)化時卻無法優(yōu)化出符合設計要求的S（2，1）參數(shù)波形，之后小組上網(wǎng)查找，在微波仿真論壇得到說可用橢圓函數(shù)濾波器制作。用進行了使用橢圓函數(shù)濾波器的制作，結(jié)果得到的波形是能滿足帶內(nèi)波紋、截至頻率、阻帶頻率，但所得圖形是阻帶圖形，只能滿足在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)低通。通過查找資料可以利用集總的方法讓ADS自行得出階數(shù)與原理圖，于是變用集總的方式得出了切比雪夫11階濾波器，之后用第一次的計算方法，再經(jīng)過優(yōu)化終于得到正確的波形且完全符合設計要求。通過本次課程設計，使我不僅學到了通信專業(yè)相關的知識，更重要的是掌握ADS的基本使用方法。通過實驗，使我更直觀地去理解和鞏固課堂所學的理論知識，調(diào)動了我們的學習興趣。通過ADS仿真實驗，提升了我的動手能力和解決問