射频分布参数滤波器的仿真
射频仿真技术ppt课件
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2
射频仿真软件
在技术革命不断深化的今天，不断增加的实际应用对系统设计 提出了更高的要求，具体表现在体积的小型化、模块化和功能的集 成化。这些需求也进而体现在了射频系统的设计上。在现阶段，仅 靠人工计算进行的设计方式无论是在速度上还是计算的准确性上都 已不再适应射频的系统设计。那么选择一款合适的CAD软件来加快 设计进度，提高设计的准确性已成了必然的选择。
m1 f req=250.0MHz dB(load_spectrum)=-28.920
dB(load_spectrum)
-100
-150 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 f req, GHz
Gilbert混频器的仿真及仿真结果t
Envelop仿真
系统级
System_Name
SystemInN0_dBm SystemInNPwr_dBm SystemInP1dB_dBm
SystemInSOI_dBm SystemInTOI_dBm
SystemNF_dB SystemOutN0_dBm SystemOutNPwr_dBm SystemOutP1dB_dBm SystemOutSOI_dBm SystemOutTOI_dBm SystemPGain_SS_dB
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功放电路的S12仿真及结果
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Batch 仿真
传统的仿真引擎一次只能处理一组数据，当需要比较同 一个电路拓扑，在不同参数下的响应的区别时，可以利用 Batch仿真！
整理版课件
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Batch仿真及结果
dB(S(2,1))[2,::] dB(S(2,1))[1,::] dB(S(2,1))[0,::]
射频EDA仿真软件介绍
射频EDA仿真软件介绍射频EDA（Electronic Design Automation）是一种用于射频芯片设计和仿真的软件工具，它通过电磁场仿真和电路仿真等功能，可以帮助设计者优化射频电路的性能和可靠性。
本文将介绍几款常用的射频EDA仿真软件。
1. ADS（Advanced Design System）ADS是美国Keysight（前身为安捷伦科技）推出的一款强大的射频和微波电路设计和仿真工具。
它包含了多种电路仿真方法，如基于S参数的线性仿真、基于混合EM的电磁仿真和基于直接时间域的高速数字仿真等。
ADS还内置了丰富的器件模型和库，方便用户进行仿真和优化。
此外，ADS还支持与SI/PI和系统仿真软件的集成，使得整个设计流程更加高效。
2. HFSS（High Frequency Structure Simulator）HFSS是美国ANSYS公司开发的一种基于有限元分析（FiniteElement Analysis）的高性能电磁场仿真软件。
它主要用于射频和微波领域，可以模拟复杂的电磁场分布和信号传输。
HFSS具有优异的求解速度和准确度，并且支持多种仿真技术，如频域仿真、时域仿真和混合仿真等。
此外，HFSS还提供了强大的后处理功能，可以用于绘制场强分布图、辐射图和散射参数图等。
3. CST Studio SuiteCST Studio Suite是德国CST公司开发的一款电磁场仿真软件套件，广泛应用于射频、天线和微波电路的设计和仿真。
CST基于有限差分时域（FDTD）方法，具有较高的计算速度和较低的内存占用。
CST StudioSuite提供了丰富的建模功能和后处理工具，可以实现多尺度建模、参数扫描和优化等操作。
此外，CST还支持与ADS和HFSS等软件的数据交换，方便不同工具之间的协同设计和分析。
4. AWR Microwave OfficeAWR Microwave Office是美国National Instruments（前身为奇美电子）开发的一款射频和微波电路设计软件。
滤波器(filter)仿真与设计ADS
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
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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
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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。
一种射频体声波滤波器的版图设计与仿真
第8卷 第6期信息与电子工程Vo1．8，No．6 2010年12月INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Dec．，2010文章编号：1672-2892(2010)06-0712-05一种射频体声波滤波器的版图设计与仿真顾 立，钟 毅(武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉 430070)摘要：射频体声波滤波器品质因子高，尺寸小，其性能已超过声表面波滤波器，将其替代传统的射频滤波器极具性能和价格优势。
本文建立了适用于体声波滤波器性能分析的巴特沃斯—范戴克(MBVD)模型，采用梯形级联方式设计了一种射频体声波滤波器的版图。
在此基础上以中心频率为1.99GHz，带宽56MHz的体声波滤波器为例，对不同连接级数梯形滤波器的插入损耗、阻带抑制进行了仿真与分析讨论，在4阶滤波器中其带外衰减达到了-29.708dB。
采用微机电机械系统工艺制备的2阶和3阶滤波器传输特性的测试曲线与仿真结果基本吻合，表明射频体声波滤波器具有广泛的应用前景。
该模拟结果可作为射频体声波滤波器设计的一个重要参考。
关键词：体声波滤波器；梯形滤波器；通信系统；频率特性中图分类号：TN713 文献标识码：ALayout design and simulation of a radio frequency bulk acoustic wave filterGU Li，ZHONG Yi(School of Information Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan Hubei 430070，China)Abstract：Bulk acoustic wave filter fabricated by Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS) is of high-quality factor and small size，which is better than Surface Acoustic Wave(SAW) Bulk acousticwave filters. It has been used to take the place of conventional Radio Frequency(RF) filters for itsoutstanding performance and price advantage. The Modified Butterworth-Van Dyke(MBVD) model wasbuilt to analyze the frequency response of bulk acoustic wave filters. A kind of ladder RF bulk acousticwave filter layout was designed. Based on the layout of the filter，the frequency characteristics of thevaried ladder filters centering on 1.99GHz with bandwidth 56MHz were simulated by MBVD model andthe out band attention of 4-order filter was about -29.708dB. The tested transmission characteristics of2-order and 3-order ladder filters fabricated by Micro Electro Mechanical Systems(MEMS) agreed well tothe simulation results which indicated the broad application. The simulation results can provide areference for designing the bulk acoustic wave filter.Key words：bulk acoustic wave filter；ladder filter；communication system；frequency characteristics随着无线通信技术，特别是第3代通信系统和蓝牙技术的快速发展，主流通信频段日益拥挤，这就需要更多的通信信道满足不断增加的通信用户，而这些信道必须具有较小的带宽[1]。
ads滤波器仿真实验报告
一．滤波器的基本原理滤波器的基础是谐振电路，它是一个二端口网络，对通带内频率信号呈现匹配传输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，从而实现信号频谱过滤功能。
典型的频率响应包括低通、高通、带通和带阻特性。
镜像参量法和插入损耗法是设计集总元件滤波器常用的方法。
对于微波应用，这种设计通常必须变更到由传输线段组成的分布元件。
Richard变换和Kuroda恒等关系提供了这个手段。
在滤波器中，通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性，即L A=10lg P inP LdB；在该式中，Pin 和PL分别为输出端匹配负载时的滤波器输入功率和负载吸收功率。
为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学多项式逼近方法来描述滤波器特性，如巴特沃兹、切比雪夫、椭圆函数型、高斯多项式等。
滤波器设计通常需要由衰减特性综合出滤波器低通原型，再将原型低通滤波器转换到要求设计的低通、高通、带通、带阻滤波器，最后用集总参数或分布参数元件实现所设计的滤波器。
滤波器低通原型为电感电容网络。
其中，元件数和元件参数只与通带结束频率、衰减和阻带起始频率、衰减有关。
设计中都采用表格而不用繁杂的计算公式。
表1-1列出了巴特沃兹滤实际设计中，首先需要确定滤波器的阶数，这通常由滤波器阻带某一频率处给定的插入损耗制约。
图1-1所示为最平坦滤波器原型衰减与归一化频率的关系曲线。
图1.1 最大平坦滤波器原型的衰减与归一化频率的关系曲线二、S参量的描述高频S参量和T参量用于表征射频/微波频段二端口网络(或N端口网络)的特性。
基于波的概念，它们为在射频/微波频段分析、测试二端口网络，提供了完整的描述。
由于电磁场方程和大多数微波网络和微波元件的线性，散射波的幅值(即反射波和透射波的幅值)是与入射波的幅值呈线性关系的。
描述该线性关系的矩阵称为“散射矩阵”或S矩阵。
低频网络参量(如Z、Y矩阵等)是以各端口上的净(或总)电压和电流来定义的，而这些概念在射频/微波频段已不切实际，需重新寻找能描述波的叠加的参量来定义网络参量。
射频仿真技术课件
在Envelop Simulation中，必须 确定如下几个参数：起始时间、中 止时间与时间步进（这与 Transient Simulation是一致的） 和仿真频率与阶数（这与后面详细 介绍的HB Simulation是一致的）。
对任意电路而言，其响应都 需要一个建立时间，必须确 保中止时间大于建立时间， 才可以得到准确的结果。对 于本例而言，此时间大概在 22ns左右。
Eqn spectrum=fs(Vif,,,,,,,24ns,32ns)
150 100 0
dB(spectrum)
0 10 20 30 40 50 60 70
更加精确。 利用HB Simulation可以得到以下参数： 得到电压/电流的频谱分量 计算3阶距点、总谐波失真和交调失真分量
非线性噪声分析
m4 freq=303.0MHz dBm(IF)=-124.087
0 -100
m3 freq=304.0MHz dBm(IF)=-21.800 m3 m4
dB(load_spectrum)
-50
-100
-150 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
f req, GHz
Gilbert混频器的仿真及仿真结果t
Envelop仿真
Envelop 仿真是一个比较特殊的仿真引擎。虽然将现
在多数是将它用于时域仿真，但是其本身却有很强的频域仿
DC仿真的应用： 确定电路的工作点 确定电路的功耗 通过验证I-V传输曲线判断电路是否正常
微带线
2.DC-800MHz 低通，1100MHz 处抑制-35dBc，插损小于等于 3dB, 带内纹波小于等于 2dB,输入输出端口驻波比小于等于 1.5。
利用电磁波通过 λ 2 短路线之后，短路负载的反射系数是-1，驻波比无穷大。如图 9，
可知 λ 2 = 25mm 时，电磁波频率为 3.57GHz。根据公式计算电磁波的传播速度：[5]
v = λf = 0.05* 3.57 *109 = 1.785*108 m / s
（8）
-6-
中国科技论文在线
0 引言
本课题研究的是微带低通滤波器的设计，应用于宽带本振电路的滤波。由于器件的非线 性，本振电路会产生很多谐波和杂散，而系统是宽带的，本振信号的谐波及一些非谐波杂散 可能落入所用频带内。而这种由器件非线性产生的谐波和杂散会对整个射频电路造成严重的 影响，所以需要滤波器来降低谐波的幅度，从而保证信号质量。[1]
5.DC-2200MHz 低通，3200MHz 处抑制-35dBc，插损小于等于 3dB, 带内纹波小于等于 2dB,输入输出端口驻波比小于等于 1.5。
6.DC-2800MHz 低通，4400MHz 处抑制-35dBc，插损小于等于 3dB, 带内纹波小于等于 2dB,输入输出端口驻波比小于等于 1.5。
图 9 电磁波传播波长仿真结果
从而可以计算并联短线长度为：
l = λ0 8 = v 8 f = 1.785 *108 /(8 * 2.2 *109 ) = 10.14mm
原始电路
YC=S/Z2
单位元件 Z1
微波射频仿真软件介绍
微波射频仿真软件介绍射频EDA仿真软件介绍（包括算法，原理）一、前言微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越高，电路的功能越来越多，电路的尺寸要求越做越小，而设计周期却越来越短。
传统的设计方法已经不能满足系统设计的需要，使用微波EDA软件工具进行微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。
EDA即Electronic Design Automation, 电子设计自动化。
目前,国外各种商业化的微波EDA 软件工具不断涌现，微波射频领域主要的EDA 工具首推Agilent 公司的ADS软件和Ansoft公司的HFSS、Designer软件以及CST，其次是比较小型的有Microwave Office, Ansoft Serenade, Zeland, XFDTD, Sonnet，FEKO 等电路设计软件。
下面将会将会简要地介绍一下各个微波EDA软件的功能特点和使用范围。
这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的, 在介绍微波EDA 软件之前先简要的介绍一下微波电磁场理论的数值算法。
所有的数值算法都是建立在Maxwell方程组之上的，了解Maxwell方程是学习电磁场数值算法的基础。
电磁学问题的数值求解方法总的可分为时域和频域两大类。
在频域，数值算法有：有限元法 ( FEM -- Finite Element Method）、矩量法( MoM -- Method of Moments），差分法( FDM -- Finite Difference Methods），边界元法( BEM -- Boundary Element Methed），和传输线法( TLM -- Transmission-Line-matrix Method）。
频域技术发展得比较早，也比较成熟。
在时域，数值算法有：时域有限差分法( FDTD –Finite Difference Time Domain ），和时域有限积分法( FITD – Finite Integration Time Domain）。
射频印制板的Serenade仿真及设计
式 中＂， － 为介质的相对介电常数 ； 为填充系数 ， ８ ｇ
ｇ ｏ【＋１ ） —． （＋ 】 ５
中图分类 号 ：Ｎ １ Ｔ ８ １
。 引 言
在射 频 电路设 计 中 ，Ｃ 印制 电路 板 ） 计 已经 Ｐ Ｂ（ 设
宽
。
图中： 为介 质厚 度 ；为铜 箔厚度 ； ｔ 加为传输 线线
成为设计过程 中非常重要的一步。在低速 电路 中的集 中参数理论在高频电路 中基本失效 ， 取而代 之的是传 输线 、Ｃ Ｐ Ｂ电感 、 Ｃ Ｐ Ｂ电容等分布参数 电路 。此类 电 路常用 阻抗 参量 ｚ、 导纳参 量 ｙ 散 射参 量 Ｓ和 传 输参 、 量 等方法计 算 ， 但参量手工计算非常繁杂 ， 往往需
是 ９０ＭＨ 一２１０ ＭＨ ， 此 需 要设 计 一 个 通 带 为 ５ ｚ ５ ｚ 为 ９０Ｍ ｚ ５ Ｈ 以上的高通滤波器。由于工作频率为微波波
・
图２ 微 线的 构 带 结
收 稿 日期 ： ０ ５１ ４１ 修 回 日期 ： ０ ６０ － 。 ２ ０ －１） ； ２０ －２１ ９
李 辉
（ 中科技 大学 电子 与信 息 工程 系， 北省 武汉 市 ４ ０７ ） 华 湖 ３０４
摘 要： 射频电路 由于工作频率高， 其分布参数的手工计算非常繁杂而影响到实际工程应用。结 合 传输 线理 论和 Ｅ Ａ（ Ｄ 电子设 计 自动化 ） 术 ， 绍 了一种使 用 Ｓｒｎｄ 真软件 实现 的 射频 Ｐ Ｂ（ 技 介 ｅｅａｅ仿 Ｃ 印
１ ・ ９
电磁场与微波实验九报告——分布参数滤波器实验
分布参数滤波器实验
1.实验原理
在射频、微波电路中，由于工作频率都很高，因而分立元件的寄生参数效应就变得非常明显。此时的设计工作就需要考虑这些寄生效应，从而使元件值的求解变得相当复杂。当波长变得明显小于典型的电路元件长度时，则一般使用分布参数元件代替分立元件。在分布参数元件中，又以微带线和带状线最为常用。
3.实验结果
1.分布参数低通滤波器电路图
分布参数低通滤波器S参数图
分布参数低通滤波器S参数优化结果Cost
优化结果为
Cost =0.00530746
2.使用TX LINE工具
微带线特性阻抗公式
微带线
微带线
微带线
微带线
带状线特性阻抗公式
式中：
带状线
射频滤波器
在本次试验中，充分的利用到了学过的知识，进一步复习了低通滤波器的设计及由集总参数电路如何转换为分布参数电路。
通过本次实验，学会了滤波器的基本原理以及基本的设计方法（如巴特沃斯设计方法），并利用其方法及相应的变换规则成功地设计出微带线低通滤波器。
在设计过程中，利用了ADS电路仿真软件，根据实验参数设计出的电路拓扑结构与理论计算结果基本一致，并满足实验要求。根据仿真结果手工制作成实际的电路板，达到实验要求。本次实验理论计算，软件仿真设计，实际手工实践有效地结合在一起，这是一次非常有价值意义的设计实验。
滤波器的设计方法有如下两种：经典方法：即低通原型综合法，先由衰减特性综合出低通原型，再进行频率变换，最后用微波结构实现电路元件。软件方法:先由软件商依各种滤波器的微波结构拓扑做成软件，使用者再依指标挑选拓扑、仿真参数、调整优化。
本次实验要求使用巴特沃斯设计最平坦响应变换过程。（电路采用对称结构）
四、[变换过程]：
五、[电路设计仿真]
利用ADS仿真软件对电路进行集总参数和分布参数设计。在设计向导中输入设计要求参数，向导会自动生成集总参数形势的电路拓扑结构，连接形成仿真电路，进行仿真。观察符合要求后，再次利用向导将集总参数电路转换成分布参数的电路结构，并可以形成集总参数的电路结构模型。
连接成仿真电路，设置频率的起始为100MHz，结束点为4GHz和步长为1MHz。
图4电路结构
利用向导，根据参数设置将电路转化为分布参数的低通滤波器：
图5底层集总电路
对形成的集总参数进行电路仿真，得到的仿真图如下：
图6集总电路S参数曲线
利用相应的变换规则将电路转换成分布参数的电路形式：
图7分布电路
对形成的分布参数进行电路仿真，得到的仿真图如下：
射频仿真技术
Transient仿真
Tansient Simulation全称是Transient/Convolution Simulation，从本质上讲，Transient Simulation是时域的仿 真工具，它基于KCL/KVL定理，利用各种积分/微分方程来进行 求解，得到的结果是一个信号的时间域的结果（也就是电压和电 流）。它的基础模型是Spice模型，所以它也是一个Spice类型的 时间域的仿真，一般应用于电路或子系统的瞬态响应仿真。
.
Budget仿真及结果
Meas_Name
Cmp_NF_dB Cmp_S21_dB Cmp_OutTOI_dBm NF_RefIn_dB OutNPwrTotal_dBm OutPwr_dBm OutPGain_dB OutN0_dBm OutSNR_Total_dB OutPGainChange_dB OutTOI_dBm OutP1dB_dBm Cmp_Ctrb_SysNF_NoImage... Cmp_Ctrb_SysTOI_dB
SystemPGain_dB SystemPOut_dBm
SystemS11_dB SystemS11_mag SystemS11_phase
SystemS12_dB SystemS12_mag SystemS12_phase
SystemS21_dB SystemS21_mag SystemS21_phase
f req, MHz
4.7566899
4.7566899
4.7566899
4.7566899 4.7566899
200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
f req, MHz
基于S参数仿真的线性噪声分析
物联网射频识别(RFID)技术与应用_-_补充-射频基础知识-4.ADS设计与仿真举例
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
自动频率控制(AFC)的原理框图
图4.3 AFC的原理方框图
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
工作原理:
图4.3是AFC的原理框图。被稳定的振荡器频率f0 与标准频率fr
在频率比较器中进行比较。当f0 = fr时，频率比较器无输出，控
物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别rfid技术与应用点击此处结束放映在ads下新建工程新建原理图执行菜单命令designguidepll采用向导逐步完成设计
单击【 】回到原理图，在原理图中添加【
】和
【
】，设置S参数，‘Start’为0GHz，‘STop’为
10GHz，‘Step’为0.02GHz，如图23
图23 点击此处结束放映
物联网射频识别（RFID）技术与应用
单击【 】仿真，在数据显示窗口添加S21参数观察，如图24
图24
从图中得，滤波器在4GHz处插入损耗为1.368dB，基本满足设计 要求。
工作原理： 图4.2是简单AGC电路, 这是一种常用的电路。 是中频放大 管，中频输出信号经检波后，除了得到音频信号外，还有一个平 均分量（直流） ，它的大小和中频输出载波幅度成正比，经滤
波器 ，把检波后的音频分量滤掉，使控制电压不受音频电压的
基于Ansoft仿真软件实现射频滤波器的设计与应用
• 126•本文介绍了基于Ansoft 公司的Ansoft Designer 微波仿真软件，在射频电路设计中进行滤波器的设计建模仿真与验证。
选取了两款具有代表性的射频无源低通滤波器，根据频率频段的不同，包括集总参数和分布参数类型的不同元件建模仿真计算优化，并通过试验电路实际测试性能指标，验证仿真结果。
50Ω阻抗匹配微带线宽。
该线宽可通过仿真软件输入滤波器工作的频率范围，板材的介电常数、板材厚度等参数即可计算得出，W=1.1mm 。
建模的原理图模型如图1所示。
2.3 仿真结果将扇形短截线的尺寸参数和连接微带线的线宽和线长参数设基于Ansoft仿真软件实现射频滤波器的设计与应用中电科仪器仪表有限公司 陈 丽图1 2GHz低通滤波器原理图模型图2 2GHz低通滤波器仿真结果图3 2GHz低通滤波器实际测量结果硬件设计人员经常需要设计各种类型的滤波器，用以滤除信号通道中不需要的信号，可以通过常规技术或软件来设计，常规技术设计困难耗时，Ansoft Designer 微波仿真软件可有效快速的实现各种滤波器的建模及参数的仿真计算，提高了设计效率。
1 滤波器的类型模拟滤波器按功能分为低通、高通、带通和带阻滤波器。
在射频电路中设计滤波器时，频率高于500MHz 的频段，由于寄生电抗，采用集总参数元件电感、电容已不合适，需要使用分布参数元件实现，因此模拟滤波器根据频段以及制作工艺又衍生出微带线滤波器。
2 2GHz低通滤波器的设计应用2.1 设计目标输入输出阻抗为50Ω，带宽为2GHz ，滤波器插入损耗小于3dB ，带内波纹小于3dB ，4GHz 的阻带抑制大于60dB 。
2.2 原理图模型由于频率高于500MHz 的滤波器难于采用分立元件实现，工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近，造成损耗并使电路性能恶化，需将集总参数元件变换为分布参数元件，这里采用4阶扇形微带短截线通过微带线级联。
短截线的电长度以及是开路还是短路，决定了是容性还是感性，电长度通过扇形的半径、角度和短截线的宽度等参数来设置。
电路设计中射频线路的仿真工具和优化技术
电路设计中射频线路的仿真工具和优化技术射频（Radio Frequency, RF）线路在现代通信系统中起着至关重要的作用。
电路设计人员在设计射频线路时需要考虑信号的传输、反射、损耗、噪声等各种因素，这对于保证通信质量和性能至关重要。
为了提高射频线路的设计效率和准确性，仿真工具和优化技术成为电路设计中的关键环节。
一、射频线路的仿真工具射频线路的仿真是指使用计算机软件模拟射频电路的工作状态，通过仿真结果来评估电路的性能和特性。
在射频线路仿真中，主要使用的工具有ADS（Advanced Design System）、CST Studio Suite和Ansys等。
1. ADS（Advanced Design System）ADS是一种由美国Keysight Technologies公司开发的射频/微波电路设计和仿真软件。
它具有强大的仿真和优化功能，在射频线路设计中被广泛使用。
ADS支持各种射频电路元件和传输线的建模，包括微带线、同轴电缆、滤波器、放大器等。
它可以对射频线路进行直流和交流的仿真，评估S参数、噪声、功率等指标，并优化电路设计。
2. CST Studio SuiteCST Studio Suite是德国CST公司开发的一款射频和电磁场仿真软件。
它能够对射频线路中的电磁场、电流分布等进行全面仿真。
CST Studio Suite具有强大的求解能力和细粒度的网格划分，可以准确地模拟射频电路中复杂的物理现象。
它支持微带线、天线、滤波器等射频元件的建模和仿真，并提供了多种优化算法，用于优化射频线路的性能。
3. AnsysAnsys是美国Ansys公司开发的一款通用仿真软件。
它不仅可以进行射频电路的仿真，还可以进行结构力学分析、流体动力学分析等。
Ansys具有强大的仿真和优化功能，可以对射频线路进行全方位的建模和分析。
它支持微带线、天线、滤波器等射频元件的建模，并提供了多种优化算法和工具，用于提高射频线路的性能。
RF实验报告
电子系2006级《射频电路设计》上机实验报告要求1．设计目标Chebyshew带通滤波器，并对其参数进行优化，仿真。
滤波器性能指标如下：中心频率：(GHZ) 其中c为班级号，n为学号的最后一位带宽：20％带外抑制：>＝20dB@1.15f0端口驻波：小于1.5计算得到：中心频率f0=2.27GHZ；下边频f l=2.27*0.9=2.043GHZ；上边频f h=2.27*1.1=2.497GHZ由归一化公式得到：=w c/(w u-w l) *(w/w c-w c/w)=1.4由带外抑制条件和查表的得：N=52．滤波器的仿真设计2．1建立低通原型滤波器，仿真S21、VSWR图（2）低通原型滤波器的仿真dB(S21)和VSWR1结果2．2建立阻抗反归一化的LPF的仿真S21、VSWR1 2.2.1反归一化阻抗变换R0=1*R G =50L0=1.7058*R G=85.29HL1=2.5408*R G=127.04HC0=1.2296/R G=0.0246F图(4) 反归一化低通滤波器的仿真dB(S21)和VSWR1结果2．3建立带通滤波器，并仿真S21、VSWR2.3.1中心频率2.27GHz的带通滤波器电路结构,通过Microsoft Excel 得到较精确的结果。
图（6）中心频率2.27GHz的带通滤波器dB(S21)仿真结果图（7）中可以看出：f=2.27GHZ处，VSWR1=1.00f=图（7）中心频率2.27GHz的带通滤波器VSWR1仿真结果2．4建立分布参数微波带通滤波器2.4.1分布参数带通滤波器电路三类电感所致电抗为：Z L1=w0*L1=426.45; Z L2=w0*L2=8.13; Z L3=w0*L3=635.2三类电容所致的电抗为：两类电容所致的电抗为Z C1=1/(wC1)=426.47; Z C2=1/(wC2)=8.133; Z C3=1/(wC3)=426.47;EE =45d e gF =2.27GH zZ =426.47EE=45deg F=2.27GHzZ=8.133EE=45deg F=2.27GHz Z=8.13EE=45deg F=2.27GHz Z=8.13EE =45d e gF =2.27GH zZ =426.47EE =45d e gF =2.27GH zZ =426.45EE =45d e gF =2.27GH zZ =635.2EE =45d e gF =2.27GH zZ =635.20Port1Port2EE=45deg F=2.27GHzZ=8.133EE =45d e gF =2.27GH zZ =426.47图(9) 、图（10）分布参数带通滤波器仿真结果2.4.3另外根据向导做得标准变换传输线图如下：KZ=Z1P=p1KP=p1Z=Z2KZ=Z3P=p1KP=p1Z=Z4KZ=Z5P=p1KP=p1Z=Z4KZ=Z3P=p1KP=p1Z=Z2KZ=Z1P=p12．5利用有限Q值元件建立带通滤波器并仿真，讨论电容、电感Q 值对虑波器件性能的影响。
基于HFSS的滤波器设计流程
基于HFSS的滤波器设计流程HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种强大的电磁场模拟软件，可用于设计和优化各种微波和射频滤波器。
下面是基于HFSS 的滤波器设计流程，包括滤波器的初步设计、模型的创建和分析、参数优化以及最后的仿真验证。
1.滤波器的初步设计：首先确定所需滤波器的类型和规格，如低通滤波器、带通滤波器或阻带滤波器等。
根据滤波器的频带宽度、中心频率、通带损耗和阻带衰减等要求，初步选择滤波器的结构和拓扑。
2.模型的创建和分析：在HFSS中创建滤波器的几何模型。
可以使用HFSS自带的CAD工具或第三方工具创建模型，并导入到HFSS中。
确保模型的几何形状和尺寸与设计要求相符。
之后，通过HFSS进行射频电磁场模拟分析。
设置合适的频率范围，并给出合适的激励条件。
根据模型的几何形状和材料特性，计算出滤波器的S参数、功率传输和电场分布等。
3.参数优化：根据分析结果，评估滤波器的性能是否满足设计要求。
如果结果不满足要求，需要对设计参数进行优化。
通过调整滤波器的几何形状、模型的材料特性或其他设计参数，再次进行HFSS模拟。
通过反复优化，逐步改善滤波器的性能。
可以使用HFSS自带的优化工具，如参数扫描、自动优化或遗传算法等，来寻找最佳的设计参数组合。
4.仿真验证：在完成参数优化后，对滤波器进行最后的仿真验证。
使用优化后的设计参数，进行HFSS模拟分析。
通过分析结果，检查滤波器是否满足设计要求，并评估其性能。
如果滤波器性能仍然不满足要求，可以进一步优化设计参数，或者重新考虑滤波器的拓扑结构。
5.后处理和导出：在完成仿真验证后，可以进行一些后处理操作，如绘制频率响应曲线、电场分布图或功率传输图等。
这些后处理结果对于滤波器的性能评估和进一步优化非常有帮助。
最后，可以将滤波器的设计参数导出，用于后续的原理图设计和实际制造。
可以导出滤波器的尺寸数据、材料特性和优化参数等。
射频功放仿真基本方法
功率器件仿真基本方法对于微波大功率有源器件来说，其输入输出阻抗是一个关键的参数，且不易测量。
而在设计中，没有这些参数，设计将无从下手。
目前微波大功率的有源器件大多采用金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOSFET-Lateral Diffused metallic oxide semiconductor field effect transistor)，因此本文以LDMOS功率管的仿真为例探讨微波有源器件仿真。
由于大家所公认的大功率器件仿真的难度，特别是在器件模型建立方面的难度，使得这一工作较其他电路如小信号电路仿真做的晚，且精度也较小信号电路低。
目前公司内部在这方面所作的工作也相对较少。
随着技术的发展，目前的很多仿真软件已经做的很完善，如ADS，它可以提供各种数字和模拟系统及电路的仿真平台，用户的主要任务就是给目标器件建模和搭建电路。
而目前我们使用的主流LDMOS器件即Motorola的大部分器件均提供ADS仿真的模型，我们只要直接使用，这给我们的仿真工作带来了极大的方便，极大的减小了工作量，并提高了准确度。
本文主要探讨使用ADS2002仿真计算大功率LDMOS器件的工作点、输入输出阻抗及其对应的线性指标、电流、增益等电参数。
1LDMOS器件模型首先我们了解一下Motorola的LDMOS器件库的情况。
图1.1是其在原理图中的符号。
图1.1 Motorola LDMOS器件模型它的器件分为两类：单管(MRF_MET_MODEL & MRF_ROOT_MODEL)和对管(MRF_MET_PP_MODEL & MRF_ROOT_PP_MODEL)。
从上面的名称我们可以看出，每一个管子有两个模型，即MET模型和ROOT模型。
MET LDMOS 模型(Moto Electro Thermal Model)是一个经验大信号模型，它可以精确的描述在任意的偏置点和环境温度下的电流电压特性。
其大信号和小信号模型分别如图1.2和图1.3所示[1]。
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实验4 分布参数滤波器的仿真实验目的：通过仿真理解和掌握微带滤波器的实现方法。
实验原理：1．理查德（Richards）变换通过理查德（Richards）变换，可以将集总元器件的电感和电容用一段终端短路或终端开路的传输线等效。
终端短路和终端开路传输线的输入阻抗具有纯电抗性，利用传输线的这一特性，可以实现集总元器件到分布参数元器件的变换。
2．科洛达（Kuroda）规则科洛达（Kuroda）规则是利用附加的传输线段，得到在实际上更容易实现的滤波器。
例如，利用科洛达规则即可以将串联短截线变换为并联短截线，又可以将短截线在物理上分开。
在科洛达规则中附加的传输线段称为单位元器件，单位。
元器件是一段传输线，当f = f0时这段传输线长为83．设计步骤：1.根据设计要求选择归一化滤波器参数2.用λ/8传输线替换电感和电容3.根据Kuroda规则将串联短线变换为并联短线4.反归一化并选择等效微带线实验内容：1.设计一个微带短截线低通滤波器，该滤波器的截止频率为4GHz，通带内波纹为3dB，滤波器采用3阶，系统阻抗为50Ω。
实验步骤：微带短截线低通滤波器设计举例下面设计一个微带短截线低通滤波器，该滤波器的截止频率为4GHz，通带内波纹为3dB，滤波器采用3阶，系统阻抗为50Ω。
设计微带短截线低通滤波器的步骤如下。
（1）滤波器为3阶、带内波纹为3dB的切比雪夫低通滤波器原型的元器件值为集总参数低通原型电路如图11.29所示。
（2）利用理查德变换，将集总元器件变换成短截线，如图11.30（a）所示，图中短截线的特性阻抗为归一化值。
（3）增添单位元器件，然后利用科洛达规则将串联短截线变换为并联短截线，如图11.30（b）所示，图中短截线的特性阻抗为归一化值。
（4）与图11.29对应的微带短截线滤波电路如图11.30（c）所示，图11.30（c）中归一化特性阻抗已经变换到实际特性阻抗。
图11.29 集总参数低通原型电路图11.30（a）集总元器件变换成短截线的低通电路图11.30（c）微带短截线低通滤波电路ADS仿真步骤：1．创建原理图2．利用ADS的工具tools完成对微带线的计算下面利用ADS软件提供的计算工具tools，完成对微带短截线尺寸的计算。
（1）设置微带线参数。
在原理图的元器件面板列表上，选择微带线【TLines-Microstrip】，元器件面板上出现与微带线对应的元器件图标。
在微带线元器件面板上，选择MSUB插入到原理图的画图区，在画图区中双击MSub，弹出【Microstrip Substrate】设置对话框，在【Microstrip Substrate】对话框中对微带线参数设置如下。
H=2mm，表示微带线基板的厚度为2mm。
Er=2.3，表示微带线基板的相对介电常数为2.3。
Mur=1，表示微带线的相对磁导率为1。
Cond=4.1E+7，表示微带线导体的电导率为4.1E+7。
Hu=1.0e+033mm，表示微带线的封装高度为1.0e+033mm。
T=0.05mm，表示微带线的导体层厚度为0.05mm。
TanD=0.000 3，表示微带线的损耗角正切为0.000 3。
Rough=0mm，表示微带线表面粗糙度为0 mm。
完成设置的微带线MSUB控件如图11.33所示。
图11.33 微带线参数设置（2）在微带线元器件面板上，选择微带线MLIN，插入到原理图的画图区。
（3）在画图区中选中微带线MLIN，然后选择【tools】菜单→【LineCalc】→【Send Selected Component To LineCalc】命令，弹出【LineCalc】计算窗口，【LineCalc】计算窗口如图11.34所示。
图11.34 微带线尺寸计算窗口在图11.34中，【LineCalc】计算窗口Substrate Parameters栏内的微带线参数已经赋值，微带线参数的赋值与图11.33的赋值一致。
（4）在【LineCalc】计算窗口，设置如下。
将频率Freq设置为4GHz。
将微带线的特性阻抗设置为217.5Ω。
将微带线的长度相移设置为45°。
上述设置完成后，单击【LineCalc】计算窗口中的Synthesize按钮，在【LineCalc】窗口中显示出计算结果如下。
W=0.079 6mm，表示微带线的宽度为0.079 6mm。
L=7.268mm，表示微带线的长度为7.268mm。
（5）在【LineCalc】计算窗口，继续计算。
将频率Freq设置为4GHz。
将微带线的特性阻抗设置为50Ω。
上述设置完成后，单击【LineCalc】计算窗口中的Synthesize按钮，在【LineCalc】窗口中显示出计算结果如下。
W=5.974mm，表示微带线的宽度为5.974mm。
（6）在原理图画图区中，计算终端开路的微带线MLOC。
选择【tools】菜单→【LineCalc】→【Start LineCalc】命令，弹出【LineCalc】计算窗口，在【LineCalc】计算窗口中，将Substrate Parameters栏内的微带线赋值，微带线参数的赋值与图11.33的赋值一致。
在【LineCalc】计算窗口，将参数设置如下。
将频率Freq设置为4GHz。
将微带线的特性阻抗设置为64.9Ω。
将微带线的长度相移设置为45°。
上述设置完成后，单击【LineCalc】计算窗口中的Synthesize按钮，在【LineCalc】窗口中显示出计算结果如下。
W=3.920mm，表示终端开路的微带线宽度为3.920mm。
L=6.759mm，表示终端开路的微带线长度为6.759mm。
（7）在【LineCalc】计算窗口，继续计算。
将频率Freq设置为4GHz。
将微带线的特性阻抗设置为70.3Ω。
将微带线的长度相移设置为45°。
上述设置完成后，单击【LineCalc】计算窗口中的Synthesize按钮，在【LineCalc】窗口中显示出计算结果如下。
W=3.405mm，表示终端开路的微带线宽度为3.405mm。
L=6.790mm，表示终端开路的微带线长度为6.790mm。
（8）通过上述计算得到的数据，是微带短截线低通滤波器的尺寸。
由上述计算得到的微带线的宽度和长度列表如下。
表3在微带短截线Filter_Stub1原理图上，根据图11.30搭建微带短截线低通滤波器原理图电路，搭建原理图的步骤如下。
（1）保留前面设置的微带线参数，删除原理图中的一个微带线MLIN，这时原理图中只有图11.33所示的微带线MSUB控件。
（2）在原理图的元器件面板列表上，选择微带线【TLines-Microstrip】，元器件面板上出现与微带线对应的元器件图标。
在微带线元器件面板上，选择微带线MLIN，4次插入到原理图的画图区，将4个MLIN微带线的宽度W和长度设置如下。
传输线TL1设置为宽度W=5.974mm、长度L=5mm。
传输线TL2设置为宽度W=0.079 6mm、长度L=7.268mm。
传输线TL3设置为宽度W=0.079 6mm、长度L=7.268mm。
传输线TL4设置为宽度W=5.974mm、长度L=5mm。
（3）在微带线元器件面板上，选择微带线的T形结MTEE，3次插入到原理图的画图区，将3个T形结MTEE设置如下。
T形结MTEE1设置为W1=5.794mm、W2=0.079 6mm和W3=3.920mm。
T形结MTEE2设置为W1=0.079 6mm、W2=0.079 6mm和W3=3.405mm。
T形结MTEE3设置为W1=0.079 6mm、W2=5.794mm和W3=3.920mm。
（4）单击工具栏中的按钮，将前面的MTEE和MLIN连接起来，连接方式如图11.35所示。
（点击查看大图）图11.35 3个MTEE和4个MLIN连接（5）在微带线元器件面板上，选择终端开路的微带线MLOC，3次插入到原理图的画图区，将3个MLOC设置如下。
终端开路的微带线TL5设置为宽度W=3.920mm、长度L=6.759mm。
终端开路的微带线TL6设置为宽度W=3.405mm、长度L=6.790mm。
终端开路的微带线TL7设置为宽度W=3.920mm、长度L=6.759mm。
（6）单击工具栏中的按钮，将前面的MTEE、MLIN和终端开路的微带线MLOC 连接起来，连接方式如图11.36所示，图11.36为微带短截线低通滤波器。
（点击查看大图）图11.36 微带短截线低通滤波器4．原理图仿真与调谐在仿真之前，首先设置S参数仿真控件SP，SP对原理图中的仿真参量给出取值范围，当S参数仿真控件SP确定后，就可以仿真了。
（点击查看大图）图11.37带有终端负载的微带短截线低通滤波器原理图（1）在S参数仿真元器件面板上，选择S参数仿真控件SP，插入到原理图画图区，对S参数仿真控件SP设置如下。
频率扫描类型选为线性Linear。
频率扫描的起始值设为0GHz。
频率扫描的终止值设为6GHz。
频率扫描的步长设为0.1GHz。
其余的参数保持默认状态。
单击S参数仿真控件设置窗口中的OK，完成对S参数仿真控件的设置，S参数仿真控件SP如图11.38所示。
（2）现在可以对微带短截线低通滤波器的原理图仿真了。
在原理图工具栏中单击按钮，运行仿真，仿真结束后，数据显示视窗自动弹出。
（3）数据显示视窗的初始状态没有任何数据显示，用户自己选择需要显示的数据和数据显示的方式，这里选择的步骤如下。
在数据显示视窗中，单击数据显示方式面板中的矩形图标，插入到数据显示区。
选择矩形图的横轴为频率，纵轴为用分贝（dB）表示的S21。
在S21曲线上插入3个Marker，S21曲线如图11.39所示。
单击工具栏中的按钮，保存数据。
图11.38 S参数仿真控件SP图11.39（4）由图11.39可以看出，S21曲线在2.7GHz、4GHz和6GHz处的值如下。
在2.7GHz处，S21的值为?4.566dB。
在4GHz处，S21的值为?0.220dB。
在6GHz处，S21的值为?31.722dB。
图11.39所示的曲线在2.7GHz处不满足技术指标。
（5）图11.39的曲线不满足技术指标，需要调整原理图，调整的方法如下。
将微带线宽度为0.079 6mm的传输线段TL2和TL3，修改为宽度为0.2mm，这样的微带线便于实现。
将微带线T形结Tee1、Tee2和Tee3的宽度，由0.079 6mm修改为0.2mm，这样的微带线T形结便于实现。
将终端开路的微带线MLOC1、MLOC2和MLOC3的长度进行调谐。
（6）下面采用调谐来改变滤波器中终端开路传输线段的长度，以期达到合格的S21曲线。
按下键盘中的Shift键，同时用鼠标分别选中原理图中的传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7，然后释放shift键，这时原理图中的传输线TL5、传输线TL6和传输线TL7颜色发生改变，说明将要对这3个传输线进行调谐，这时原理图如图11.40所示。