微带低通滤波器的设计与仿真

微带低通滤波器的设计与仿真

分类： 电路设计

嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波 器。现把它放到网上，以供大家参考。

带低通滤波器的设计

一、题目

第三题：低通滤波器的设计

f < 800MHz ；通带插入损耗 ；带外 100MHz 损耗 ；特性阻抗 Z0=50 Ohm 。 二、设计过程

1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为 f < 800MHz ;通带插入损耗；带外100MHz 损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。 介质材料：介电常数 £r = 2.65，板厚 1mm 。

2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的 宽度及长度，确保各段长度均小于 X /8(入为带内波长)。

3、设计过程：

(1)确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器， ?s = fs/fc = 1.82 , ?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB , Ls >= 30，查表得N=5,原型滤波器的归 一化元件参数值如下：

g1 = g5 = 1 .3394， g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1 .0000。

该滤波器的电路图如图 1 所示：

O H

技术参数：

仿真软件： HFSS 、 ADS 或 IE3D

介质材料： 介电常数 £ r = 2.65板厚1mm

(2)计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50?，则有

C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*8*10^8*50) = 5.3293pF ,

C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*8*10^8*50)= 8.6182pF ,

L2 = L4 = Z0*g2/(2* pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*8*10^8) = 13.2994nH。

(3)计算微带低通滤波器的实际尺寸:

设低阻抗(电容)为Z0I = 15?。

经过计算可得W/d = 12.3656, £ e = 2.443,贝U

微带宽度W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm ,

各段长度I1 = I5 = Z0I*V pl *C1 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12

=15.3412mm，

I3 = Z0I*V pl*C3 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12

=24.8088mm，

可知各段均小于入/8符合要求。

设高阻抗(电感)为Z0h = 95? 。

经过计算可得W/d =0.85，£ e = 2.0402则

微带宽度W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm ，

各段长度l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm ，

带内波长入=Vpl/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*8*10^8) = 262.5396mm,入/8 = 32.8175mm 可知各段均小于入/8符合要求。

带内波长入=Vpl/f =3*10A11/(sqrt(2.4437)8*10A8) = 239.8873mm ,入/8 = 29.9859mm

4)参数修正

经过反复优化与调试，最终确定的低通滤波器的各参数如下：

低阻抗线W1 = W3 = W5 = 14.30mm

l1 = l5 = 18.50mm

l3 =26.97mm

高阻抗线W2 = W4 =1.05mm

l2 = l4 =30.77mm

三、仿真调试与结果

本仿真基于ADS 软件，设计中的低通滤波器的电路原理图如图 2 所示：

按图连线，设置好参数后，运行仿真，得到S (2,1)( dB)关于f (MHz)的曲线图如图3及图4所示:

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VV=1 05 mm .

L=30 77 mm

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由图3可以看出，设计的低通滤波器在频率大于1100MHz时，即通带外300MHz处，才使得滤波器的插入损耗L大于20dB,不满足设计要求。但由图4可知，通带内损耗小于2dB，符合要求。