滤波器(filter)仿真与设计ADS
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
c
其中功率损耗，等于单位时间内的耗能。
注意：在应用这个定义时，必须区分有载和无载Q。
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.5 滤波器的设计方法
分布参数法 影像参数法 集总参数法 网络综合法
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.5 滤波器的CAD设计过程
选定电路 拓扑结构 （1）全面分析电路应用场合与设计指标，选定合适 可行的电路拓扑结构。 （2）由近似设计公式、参数表格或等效电路综合获 设计初值 得电路设计初值。 （3）无源电路仅需进行 S 参数仿真。 电路仿真 （S 参数仿真） （4） 平面或多层平面电路采用 Moment 或 EMDS 仿 真器；腔体或同轴等立体电路采用 HFSS 仿真。 （5）数据分析及后处理中，由 S 参数可以得到 Z 参 电磁仿真 电路优化 数据分析及 后处理 数、Y 参数、端口放射系数、端口驻波系数等其它 相关结果。 （6）电路优化和电磁优化。
一、滤波器基本知识
1.1 滤波器功能概述
在特定频率或频段内的频率分量做
加重或衰减处理
阻抗匹配 相位（或时延、慢波）处理及补偿
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.2 滤波器原理
dB
通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即
L A 1 0 lg Pin PL
dB
2012-6-30
2012-6-30
三、上 机 仿 真 实 践
下面参考《ADS2008射频电路设计 与仿真实例》第四章内容，开始上机 实践。 思考：书中高低阻抗结滤波器设计实例，其
所建模型是不准确的！请同学们思考为什么？
2012-6-30
四、课 后 作 业
（1）使用ADS设计1个平行耦合谐振单元带通滤波器，该滤 波器为5节切比雪夫带通滤波器，所用基片介电常数为10.2， 基片厚度为0.635 mm,导体材料为金，信号层厚金属厚度为 0.017mm，正切损耗角为0.002。 设计指标为通带中心频率=10 GHz，3dB带宽1.5GHz，相 对中心频率的归一化带宽FBW=15%，通带内波纹为0.1dB。阻 带边频8.8GHz与11.5GHz处衰减要大于20dB。 注意：参考《射频电路设计-理论与应用》（电子工业出版 社），第5章5.4.4节内容，给出各阶段设计的ADS截图并结 合说明文字（同时包括该设计的ADS工程），3月8号之前提 交所完成作业，jh_deng@。作业命名规范：学 生学号_3.doc;学生姓名拼音全拼_filter_prj。
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.4 滤波器的技术参数
（5）矩形系数：矩形系数是60dB 带宽与3dB带宽的比值，它描述
了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度：
（6）品质因数Q：可以用来间接描述滤波器的频率选择性，品质
因数通常被定义为在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均
耗能之比：
Q W sto re d Plo ss
20175312017531平行耦合滤波器设计传统设计与使用designguide自动设计ltcc滤波器设计电路设计与电磁设计的配合2017531一滤波器基本知识11滤波器功能概述在特定频率或频段内的频率分量做加重或衰减处理相位或时延慢波处理及补偿2017531一滤波器基本知识12滤波器原理通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性即dbdb2017531一滤波器基本知识13滤波器分类按作用频率分类按网络综合方式分类按结构分类按工作方式分类按调谐应用分类按加载方式分类按能量形式分类按频带大小分类按功率容量分类大功率低功率2017531一滤波器基本知识14滤波器的技术参数1插入损耗
是否满足设 计要求？
结束
2012-6-30
二、Moment仿真技术概要
ADS 软 件 提 供 了 一 个 2.5 维 的 平 面 电 磁 仿 真 分 析 功 能 ——Momentum （ADS2005A以后版本Momentum已经升级为3维平面电磁仿真器），可以用 来仿真微带线、带状线、共面波导等的电磁特性，天线的辐射特性，以及 电路板上的寄生、耦合效应。 在 Momentum 电 磁 分 析 中 提 供 两 种 分 析 模 式 ： Momentum Microwave Mode和Momentum RF Mode；使用者可以根据电路的工作频段和尺寸判断、 选择使用。 Microwave Mode：采用全波电磁仿真算法，计算结果更准确，且能计 算出辐射场； RF Mode称之为 Momentum RF, 它采用准静态算法，效率更高，一般 用于频率不太高，且无需考虑辐射效应的场合。
滤波器仿真与计
（三）
2012-6-30
主 要 内 容
滤波器基础知识介绍 Moment仿真技术概要 集总参数滤波器的自动设计（使用DesignGuide） 平行耦合滤波器设计（传统设计与使用Design Guide 自动设计） LTCC滤波器设计（电路设计与电磁设计的配合）
2012-6-30
2012-6-30
预
习
要
求
谐波平衡方法的理论知识 电路噪声分析的基础知识 低噪声放大器基础知识
混频器基础知识
2012-6-30
2012-6-30
二、Moment仿真技术概要
Momentum有很多非常强大且实用的功能，其中三个主要的功能： • 版图元件和原理图元件协仿真（Co-Simulation）：版图元件和 原理图元件协仿真，打破了版图元件和原理图元件之间的藩篱。在电路 仿真中，可以引入具有物理意义布局元件来模拟；实际应用时，如将PCB 板的布局加入电路设计中去做电路协仿真、或将封装参数加入核心晶片 设计（Core Chip Design）去做协同仿真，就可以将版图元件的一些物 理效应，如走线间的耦合和串音纳入考虑。 • 仿 真 真 实 物 理 世 界 的 侧 壁 耦 合 ( Side Wall Coupling ） ： Momentum可以计算开放空间及含有两个面或四个面侧壁的结构，这使得 侧壁的寄生耦合、镜像电流、以及密闭腔的效应可以纳入考虑，这对实 际线路设计过程是很重要的。 • 可输出SPICE模型并和其它仿真设计工具整合：Momentum仿真产 生的S参数，可以用来产生SPICE相容的电路形式，所以利用Momentum的 结果可以和SPICE共同仿真。
按工作方式分类
按调谐应用分类 按加载方式分类 按能量形式分类 按频带大小分类 按功率容量分类
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.4 滤波器的技术参数
（1）插入损耗：插入损耗定量地描述了功率响应幅度与0dB基准
的差值，其数学表达与衰减特性相同，如下：
IL 1 0 lg Pin PL 1 0 lo g (1 in
（3）矩形系数：矩形系数是60dB 带宽与3dB带宽的比值，它描述
了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度：
（4）阻带抑制：在理想情况下，我们希望滤波器在阻带频段内具 有无穷大的衰减量。但是，实际上我们只能得到与滤波器元件
数目相关的有限衰减量。在实际情况中，为了使阻带抑制与矩
形系数建立联系，通常以60dB作为阻带抑制的设计值。
2
)
（2）带宽：滤波器的通带频率分为，有两种定义方式： (a) 3dB带宽：对于带通滤波器，带宽的定义是对应于通带内最 小插入损耗点3dB 衰减量的上边频和下边频的频率差：
(b) 插损带宽：满足设计要求插入损耗时所测的带宽。这个定 义比较严谨，在工程中常用。
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.4 滤波器的技术参数
一、滤波器基本知识
1.3 滤波器分类
按作用频率分类
按网络综合方式分类 按结构分类
低通、高通、带通、带阻 巴特沃斯、切比雪夫、椭圆函数、高斯多项式
微带线、同轴线、波导、LTCC等
反射式、吸收式等 固定调谐、可动态调谐方式 单终端、双终端等 电磁、自旋波、声表面波等 宽带、窄带等 大功率、低功率
其中功率损耗，等于单位时间内的耗能。
注意：在应用这个定义时，必须区分有载和无载Q。
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.5 滤波器的设计方法
分布参数法 影像参数法 集总参数法 网络综合法
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.5 滤波器的CAD设计过程
选定电路 拓扑结构 （1）全面分析电路应用场合与设计指标，选定合适 可行的电路拓扑结构。 （2）由近似设计公式、参数表格或等效电路综合获 设计初值 得电路设计初值。 （3）无源电路仅需进行 S 参数仿真。 电路仿真 （S 参数仿真） （4） 平面或多层平面电路采用 Moment 或 EMDS 仿 真器；腔体或同轴等立体电路采用 HFSS 仿真。 （5）数据分析及后处理中，由 S 参数可以得到 Z 参 电磁仿真 电路优化 数据分析及 后处理 数、Y 参数、端口放射系数、端口驻波系数等其它 相关结果。 （6）电路优化和电磁优化。
一、滤波器基本知识
1.1 滤波器功能概述
在特定频率或频段内的频率分量做
加重或衰减处理
阻抗匹配 相位（或时延、慢波）处理及补偿
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.2 滤波器原理
dB
通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即
L A 1 0 lg Pin PL
dB
2012-6-30
2012-6-30
三、上 机 仿 真 实 践
下面参考《ADS2008射频电路设计 与仿真实例》第四章内容，开始上机 实践。 思考：书中高低阻抗结滤波器设计实例，其
所建模型是不准确的！请同学们思考为什么？
2012-6-30
四、课 后 作 业
（1）使用ADS设计1个平行耦合谐振单元带通滤波器，该滤 波器为5节切比雪夫带通滤波器，所用基片介电常数为10.2， 基片厚度为0.635 mm,导体材料为金，信号层厚金属厚度为 0.017mm，正切损耗角为0.002。 设计指标为通带中心频率=10 GHz，3dB带宽1.5GHz，相 对中心频率的归一化带宽FBW=15%，通带内波纹为0.1dB。阻 带边频8.8GHz与11.5GHz处衰减要大于20dB。 注意：参考《射频电路设计-理论与应用》（电子工业出版 社），第5章5.4.4节内容，给出各阶段设计的ADS截图并结 合说明文字（同时包括该设计的ADS工程），3月8号之前提 交所完成作业，jh_deng@。作业命名规范：学 生学号_3.doc;学生姓名拼音全拼_filter_prj。
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.4 滤波器的技术参数
（5）矩形系数：矩形系数是60dB 带宽与3dB带宽的比值，它描述
了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度：
（6）品质因数Q：可以用来间接描述滤波器的频率选择性，品质
因数通常被定义为在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均
耗能之比：
Q W sto re d Plo ss
20175312017531平行耦合滤波器设计传统设计与使用designguide自动设计ltcc滤波器设计电路设计与电磁设计的配合2017531一滤波器基本知识11滤波器功能概述在特定频率或频段内的频率分量做加重或衰减处理相位或时延慢波处理及补偿2017531一滤波器基本知识12滤波器原理通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性即dbdb2017531一滤波器基本知识13滤波器分类按作用频率分类按网络综合方式分类按结构分类按工作方式分类按调谐应用分类按加载方式分类按能量形式分类按频带大小分类按功率容量分类大功率低功率2017531一滤波器基本知识14滤波器的技术参数1插入损耗
是否满足设 计要求？
结束
2012-6-30
二、Moment仿真技术概要
ADS 软 件 提 供 了 一 个 2.5 维 的 平 面 电 磁 仿 真 分 析 功 能 ——Momentum （ADS2005A以后版本Momentum已经升级为3维平面电磁仿真器），可以用 来仿真微带线、带状线、共面波导等的电磁特性，天线的辐射特性，以及 电路板上的寄生、耦合效应。 在 Momentum 电 磁 分 析 中 提 供 两 种 分 析 模 式 ： Momentum Microwave Mode和Momentum RF Mode；使用者可以根据电路的工作频段和尺寸判断、 选择使用。 Microwave Mode：采用全波电磁仿真算法，计算结果更准确，且能计 算出辐射场； RF Mode称之为 Momentum RF, 它采用准静态算法，效率更高，一般 用于频率不太高，且无需考虑辐射效应的场合。
滤波器仿真与计
（三）
2012-6-30
主 要 内 容
滤波器基础知识介绍 Moment仿真技术概要 集总参数滤波器的自动设计（使用DesignGuide） 平行耦合滤波器设计（传统设计与使用Design Guide 自动设计） LTCC滤波器设计（电路设计与电磁设计的配合）
2012-6-30
2012-6-30
预
习
要
求
谐波平衡方法的理论知识 电路噪声分析的基础知识 低噪声放大器基础知识
混频器基础知识
2012-6-30
2012-6-30
二、Moment仿真技术概要
Momentum有很多非常强大且实用的功能，其中三个主要的功能： • 版图元件和原理图元件协仿真（Co-Simulation）：版图元件和 原理图元件协仿真，打破了版图元件和原理图元件之间的藩篱。在电路 仿真中，可以引入具有物理意义布局元件来模拟；实际应用时，如将PCB 板的布局加入电路设计中去做电路协仿真、或将封装参数加入核心晶片 设计（Core Chip Design）去做协同仿真，就可以将版图元件的一些物 理效应，如走线间的耦合和串音纳入考虑。 • 仿 真 真 实 物 理 世 界 的 侧 壁 耦 合 ( Side Wall Coupling ） ： Momentum可以计算开放空间及含有两个面或四个面侧壁的结构，这使得 侧壁的寄生耦合、镜像电流、以及密闭腔的效应可以纳入考虑，这对实 际线路设计过程是很重要的。 • 可输出SPICE模型并和其它仿真设计工具整合：Momentum仿真产 生的S参数，可以用来产生SPICE相容的电路形式，所以利用Momentum的 结果可以和SPICE共同仿真。
按工作方式分类
按调谐应用分类 按加载方式分类 按能量形式分类 按频带大小分类 按功率容量分类
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.4 滤波器的技术参数
（1）插入损耗：插入损耗定量地描述了功率响应幅度与0dB基准
的差值，其数学表达与衰减特性相同，如下：
IL 1 0 lg Pin PL 1 0 lo g (1 in
（3）矩形系数：矩形系数是60dB 带宽与3dB带宽的比值，它描述
了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度：
（4）阻带抑制：在理想情况下，我们希望滤波器在阻带频段内具 有无穷大的衰减量。但是，实际上我们只能得到与滤波器元件
数目相关的有限衰减量。在实际情况中，为了使阻带抑制与矩
形系数建立联系，通常以60dB作为阻带抑制的设计值。
2
)
（2）带宽：滤波器的通带频率分为，有两种定义方式： (a) 3dB带宽：对于带通滤波器，带宽的定义是对应于通带内最 小插入损耗点3dB 衰减量的上边频和下边频的频率差：
(b) 插损带宽：满足设计要求插入损耗时所测的带宽。这个定 义比较严谨，在工程中常用。
2012-6-30
一、滤波器基本知识
1.4 滤波器的技术参数
一、滤波器基本知识
1.3 滤波器分类
按作用频率分类
按网络综合方式分类 按结构分类
低通、高通、带通、带阻 巴特沃斯、切比雪夫、椭圆函数、高斯多项式
微带线、同轴线、波导、LTCC等
反射式、吸收式等 固定调谐、可动态调谐方式 单终端、双终端等 电磁、自旋波、声表面波等 宽带、窄带等 大功率、低功率