利用ADS中的滤波器向导工具设计微带线滤波器
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3 结论
设计微带线滤波器的传统方法大多是通过查阅图表和
图 5 微带线滤波器仿真结果 曲线来完 成 的 , 不 但 工 作 量 大 , 而 且 设 计 精 度 不 高 。利 用 ADS软件中的滤波器设计向导工具进行设计 , 既可减轻设 计者的劳动强度 ,缩短设计周期 ,又能提高设计精度 ,且可能 一次性设计成功 ,理论与设计仿真取得了期望的一致性 。
近年来 ,随着射频电路辅助设计软件的不断发展 ,利用 仿真软件进行微带线滤波器的设计 ,可以绕开复杂的理论计 算和推导 。ADS是安捷伦公司设计开发的一款 EDA 软件 , 它可以模拟整个信号通路 ,完成包括从原理图到板图 、系统 的各级仿真 ,当任何一级仿真结果不理想时 ,都可以回到原 理图中重新进行优化设计 、仿真 ,直到仿真结果满意为止 ,保 证了实际电路与仿真电路的一致性 。
收稿日期 : 2009 - 12 - 10 基金项目 :南京工程学院校级科研基金项目资助 (121102090302) 作者简介 :周正 (19802 ) ,男 ,安徽阜南人 ,助教 ,硕士研究生 ,主要研究方向为信号处理与电子线路设计 。
36
山 西 电 子 技 术 2010年
选中“TL ine to TL ine ( Kuroda) ”,此步骤即是利用 Kuroda 规则进行变换的过程 。为了进行电路变换需要点击按钮 “Before Network”、“After Network”加入单位元件 。
选中“LC, TL ine to M icrostrip ”,此步骤是将传输线转换 成微带线的过程 。在“M icrostrip Substrate”选项中分别填入 微带线介基片的厚度 1 mm ,相对介电常数 2. 7。然后选中所 有传输线 ,点击按钮“Transform ”转换为微带线 。最后点击 “OK”完成转换 。
2 利用 ADS中的滤波器设计向导工具设计低通滤 波器过程
下面以一个具体的微带线低通滤波电路为例说明滤波
图 1 滤波器设计向导工具对话框 (3) 按图 1所示 ,在设计窗口中选择或填入有关参数 : “Source”和“Load”中填入 50即为源阻抗和负载阻抗 ;“First E lem en t”中选择“Pa ra lle l”表示滤波电路 的首个元件为并联 电容 ; Ap表示通带内的波纹系数 0. 5dB; A s表示阻带损耗 40dB; Fp和 Fs分别对应通带频率和阻带频率 ;在频率响应 曲线上方的“Response Type”选项可以选择滤波器的响应类 型如最大平坦 、契比雪夫 、椭圆等 ,此处选择最大平坦 (M axi2 mally Flat) 。在确定上述参数后 ,“O rder”项的参数变为 5, 此即为滤波器的阶数 。最后点击设计向导工具左下侧的按 钮“Design”,系统将自动生成一个集总参数滤波电路 。 在原理图工作区中选中此前放入的双端口低通滤波器 模型 ,单击工具栏中的图标 ,即可查看滤波电路 。 (4) 此时的电路是集总参数的 ,因为工作频率高 ,需将 其转化为分布参数的元件 。单击滤波器设计向导中的图标
在原理图工作区中选中此前已放入的双端口低通滤波 器模型 ,单击工具栏中的图标 ,即可查看此微带线滤波电 路 (如图 3所示 ) 。
图 3 转换为微带线后的电路图
图 4 滤波器原理图仿真设计 (5) 仿真验证 。在原理图设计窗口中选择“Simulation2S Param ”元器件面板 ,从中选择两个“Term ”端口和 S参数仿真 控制器加到原理图中 ,按图 4 所示进行连接 、设置参数 。点 击仿真按钮运行仿真 ,仿真结果如图 5所示 。可见在 3 GHz 处其插入损耗为 1. 427 dB ,满足设计要求 。如果设计指标满 足要求 ,则还需要利用优化控件进行优化设计 。 通过以上步骤就完成了利用 ADS滤波器设计向导工具 设计微带滤波器的过程 。
1 微带线低通滤波电路的传统设计方法
微带线的低通滤波电路 ,其一般的设计步骤为 [1 ] : (1) 根据设计要求 ,选择归一化低通滤波电路的参数 。 (2) 使用 R ichards变换用终端开路或者短路的传输线 替代集总参数的电感和电容 。 (3) 使用 Kurda规则将电路中串联的终端短路传输线 变换为易于实现的终端开路传输线 。 (4) 进行阻抗变换得到实际的分布参数滤波电路 。 (5) 根据微带线的特性 ,计算得到微带线的特征阻抗和 长度 。 在上述步骤中 ,除了第 ( 1 ) 步是通过查阅图表完成的 外 ,其余步骤都需要进行大量的计算且运算量较大 ,使得整 个设计过程相当繁杂且难以保证设计的电路性能指标满足 要求 。
,打开滤波 器 转 换 助 手 对 话 框 (如 图 2 所 示 ) 。其 中 的 “Tran sfo rm a tion s”三个选项对应着集总参数滤波电路转换为 微带滤波电路的的三个步骤 。
图 2 转换助手对话框 选中“LC to TL ine”,此步骤是 R ichards变换的过程 。单
击选中集总参数元件 ,将电感转换为串联终端短路的传输 线 ,将电容转换为并联终端开路传输线 。
(1) 在“Filter DG2ALL”元器件面板中选择一个双端口低 通滤波器模型 ( low2pass filter DT)放入原理图设计工作区 。
(2) 执行菜单命令【Design Guide】→【Filter】,选择“Fil2 ter Control W indow”项 ,弹出滤波器向导工具项“Filter Design Guide”。在其中选择“Filter A ssistant”项 ,滤波器设计向导中 将出现一个带有滤波器参数设置和滤波器esign of M icrostr ip F ilter Ba sed on D esign 2gu ide of Software AD S Zhou Zheng1, 2 , Song Yu2fei1 ( 1. College of Comm un ica tion Eng ineering, N an jing Institu te of Technology, N an jing J iangsu 211167, Ch ina; 2. College of Inform a tion S cience and Eng ineering, S ou theast U n iversity, N an jing J iangsu 210096, Ch ina) Abstract: This paper introduces a method for designing m icrostrip filter based on design2guide of software ADS; p resents the de2 sign app roach and examp le, and it also verifies the feasibility of methodology by simulation results. Key words:m icrostrip; filter; ADS; design2guide
本文通过 ADS软件对微带线低通滤波器进行仿真设 计 ,介绍一种有别于微带线滤波器的传统设计方法 。
器设计工具的使用 。微带线低通滤波电路的指标 :截止频率 3 GHz,通带内波纹系数小于 3 dB ,在两倍截止频率处具有不 小于 40 dB的阻带损耗 ,源阻抗和负载阻抗为 50Ω。微带线 介基片的厚度 1 mm ,相对介电常数 2. 7。
山20西10电年子第技1术期
应用实践
文章编号 : 167424578 (2010) 0120035202
利用 ADS中的滤波器向导工具设计微带线滤波器
周 正 1, 2 , 宋宇飞 1
(1. 南京工程学院通信工程学院 ,江苏 南京 211167; 2. 东南大学信息与工程学院 ,江苏 南京 210096)
参考文献 [ 1 ] 刘长军 ,黄卡玛 ,闫丽萍. 射频通信电路设计 [M ]. 北
京 :科学出版社 , 2005. [ 2 ] M atthew M , Radmanesh. Radio Frequency and M icro2
wave Electronics Illustrated [M ]. 北 京 : 电 子 工 业出 版 社 , 2002.
摘 要 :介绍一种借助 ADS软件中滤波设计向导工具设计 、仿真微带滤波器的方法 ,结合设计低通滤波器实例 给出设计步骤 ,由仿真结果验证了这种方法的可行性 。
关键词 :微带线 ; 滤波器 ; ADS软件 ; 向导工具 中图分类号 : TN710. 02 文献标识码 : A
0 引言
微带线滤波器具有重量轻 、体积小 、易于集成等特点 ,广 泛应用于各种射频通信电路中 。滤波器体积的减小 ,使得单 位面积中的结构更加紧凑 ,内部耦合情况更加复杂 。传统的 设计方法是通过经验公式 、查阅图表来求得相关设计参数 , 其过程复杂繁琐 。由于难以对所有的耦合情况都进行准确 分析 ,因此使得所设计的电路性能指标不理想 。
设计微带线滤波器的传统方法大多是通过查阅图表和
图 5 微带线滤波器仿真结果 曲线来完 成 的 , 不 但 工 作 量 大 , 而 且 设 计 精 度 不 高 。利 用 ADS软件中的滤波器设计向导工具进行设计 , 既可减轻设 计者的劳动强度 ,缩短设计周期 ,又能提高设计精度 ,且可能 一次性设计成功 ,理论与设计仿真取得了期望的一致性 。
近年来 ,随着射频电路辅助设计软件的不断发展 ,利用 仿真软件进行微带线滤波器的设计 ,可以绕开复杂的理论计 算和推导 。ADS是安捷伦公司设计开发的一款 EDA 软件 , 它可以模拟整个信号通路 ,完成包括从原理图到板图 、系统 的各级仿真 ,当任何一级仿真结果不理想时 ,都可以回到原 理图中重新进行优化设计 、仿真 ,直到仿真结果满意为止 ,保 证了实际电路与仿真电路的一致性 。
收稿日期 : 2009 - 12 - 10 基金项目 :南京工程学院校级科研基金项目资助 (121102090302) 作者简介 :周正 (19802 ) ,男 ,安徽阜南人 ,助教 ,硕士研究生 ,主要研究方向为信号处理与电子线路设计 。
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山 西 电 子 技 术 2010年
选中“TL ine to TL ine ( Kuroda) ”,此步骤即是利用 Kuroda 规则进行变换的过程 。为了进行电路变换需要点击按钮 “Before Network”、“After Network”加入单位元件 。
选中“LC, TL ine to M icrostrip ”,此步骤是将传输线转换 成微带线的过程 。在“M icrostrip Substrate”选项中分别填入 微带线介基片的厚度 1 mm ,相对介电常数 2. 7。然后选中所 有传输线 ,点击按钮“Transform ”转换为微带线 。最后点击 “OK”完成转换 。
2 利用 ADS中的滤波器设计向导工具设计低通滤 波器过程
下面以一个具体的微带线低通滤波电路为例说明滤波
图 1 滤波器设计向导工具对话框 (3) 按图 1所示 ,在设计窗口中选择或填入有关参数 : “Source”和“Load”中填入 50即为源阻抗和负载阻抗 ;“First E lem en t”中选择“Pa ra lle l”表示滤波电路 的首个元件为并联 电容 ; Ap表示通带内的波纹系数 0. 5dB; A s表示阻带损耗 40dB; Fp和 Fs分别对应通带频率和阻带频率 ;在频率响应 曲线上方的“Response Type”选项可以选择滤波器的响应类 型如最大平坦 、契比雪夫 、椭圆等 ,此处选择最大平坦 (M axi2 mally Flat) 。在确定上述参数后 ,“O rder”项的参数变为 5, 此即为滤波器的阶数 。最后点击设计向导工具左下侧的按 钮“Design”,系统将自动生成一个集总参数滤波电路 。 在原理图工作区中选中此前放入的双端口低通滤波器 模型 ,单击工具栏中的图标 ,即可查看滤波电路 。 (4) 此时的电路是集总参数的 ,因为工作频率高 ,需将 其转化为分布参数的元件 。单击滤波器设计向导中的图标
在原理图工作区中选中此前已放入的双端口低通滤波 器模型 ,单击工具栏中的图标 ,即可查看此微带线滤波电 路 (如图 3所示 ) 。
图 3 转换为微带线后的电路图
图 4 滤波器原理图仿真设计 (5) 仿真验证 。在原理图设计窗口中选择“Simulation2S Param ”元器件面板 ,从中选择两个“Term ”端口和 S参数仿真 控制器加到原理图中 ,按图 4 所示进行连接 、设置参数 。点 击仿真按钮运行仿真 ,仿真结果如图 5所示 。可见在 3 GHz 处其插入损耗为 1. 427 dB ,满足设计要求 。如果设计指标满 足要求 ,则还需要利用优化控件进行优化设计 。 通过以上步骤就完成了利用 ADS滤波器设计向导工具 设计微带滤波器的过程 。
1 微带线低通滤波电路的传统设计方法
微带线的低通滤波电路 ,其一般的设计步骤为 [1 ] : (1) 根据设计要求 ,选择归一化低通滤波电路的参数 。 (2) 使用 R ichards变换用终端开路或者短路的传输线 替代集总参数的电感和电容 。 (3) 使用 Kurda规则将电路中串联的终端短路传输线 变换为易于实现的终端开路传输线 。 (4) 进行阻抗变换得到实际的分布参数滤波电路 。 (5) 根据微带线的特性 ,计算得到微带线的特征阻抗和 长度 。 在上述步骤中 ,除了第 ( 1 ) 步是通过查阅图表完成的 外 ,其余步骤都需要进行大量的计算且运算量较大 ,使得整 个设计过程相当繁杂且难以保证设计的电路性能指标满足 要求 。
,打开滤波 器 转 换 助 手 对 话 框 (如 图 2 所 示 ) 。其 中 的 “Tran sfo rm a tion s”三个选项对应着集总参数滤波电路转换为 微带滤波电路的的三个步骤 。
图 2 转换助手对话框 选中“LC to TL ine”,此步骤是 R ichards变换的过程 。单
击选中集总参数元件 ,将电感转换为串联终端短路的传输 线 ,将电容转换为并联终端开路传输线 。
(1) 在“Filter DG2ALL”元器件面板中选择一个双端口低 通滤波器模型 ( low2pass filter DT)放入原理图设计工作区 。
(2) 执行菜单命令【Design Guide】→【Filter】,选择“Fil2 ter Control W indow”项 ,弹出滤波器向导工具项“Filter Design Guide”。在其中选择“Filter A ssistant”项 ,滤波器设计向导中 将出现一个带有滤波器参数设置和滤波器esign of M icrostr ip F ilter Ba sed on D esign 2gu ide of Software AD S Zhou Zheng1, 2 , Song Yu2fei1 ( 1. College of Comm un ica tion Eng ineering, N an jing Institu te of Technology, N an jing J iangsu 211167, Ch ina; 2. College of Inform a tion S cience and Eng ineering, S ou theast U n iversity, N an jing J iangsu 210096, Ch ina) Abstract: This paper introduces a method for designing m icrostrip filter based on design2guide of software ADS; p resents the de2 sign app roach and examp le, and it also verifies the feasibility of methodology by simulation results. Key words:m icrostrip; filter; ADS; design2guide
本文通过 ADS软件对微带线低通滤波器进行仿真设 计 ,介绍一种有别于微带线滤波器的传统设计方法 。
器设计工具的使用 。微带线低通滤波电路的指标 :截止频率 3 GHz,通带内波纹系数小于 3 dB ,在两倍截止频率处具有不 小于 40 dB的阻带损耗 ,源阻抗和负载阻抗为 50Ω。微带线 介基片的厚度 1 mm ,相对介电常数 2. 7。
山20西10电年子第技1术期
应用实践
文章编号 : 167424578 (2010) 0120035202
利用 ADS中的滤波器向导工具设计微带线滤波器
周 正 1, 2 , 宋宇飞 1
(1. 南京工程学院通信工程学院 ,江苏 南京 211167; 2. 东南大学信息与工程学院 ,江苏 南京 210096)
参考文献 [ 1 ] 刘长军 ,黄卡玛 ,闫丽萍. 射频通信电路设计 [M ]. 北
京 :科学出版社 , 2005. [ 2 ] M atthew M , Radmanesh. Radio Frequency and M icro2
wave Electronics Illustrated [M ]. 北 京 : 电 子 工 业出 版 社 , 2002.
摘 要 :介绍一种借助 ADS软件中滤波设计向导工具设计 、仿真微带滤波器的方法 ,结合设计低通滤波器实例 给出设计步骤 ,由仿真结果验证了这种方法的可行性 。
关键词 :微带线 ; 滤波器 ; ADS软件 ; 向导工具 中图分类号 : TN710. 02 文献标识码 : A
0 引言
微带线滤波器具有重量轻 、体积小 、易于集成等特点 ,广 泛应用于各种射频通信电路中 。滤波器体积的减小 ,使得单 位面积中的结构更加紧凑 ,内部耦合情况更加复杂 。传统的 设计方法是通过经验公式 、查阅图表来求得相关设计参数 , 其过程复杂繁琐 。由于难以对所有的耦合情况都进行准确 分析 ,因此使得所设计的电路性能指标不理想 。