平行耦合线滤波器的设计

平行耦合线滤波器的设计

摘要：通过ADS软件设计平行耦合线带通滤波器，并通过ADS优化控件优化滤波器电路参数，最后生成版图，并进行二维平面电磁场仿真，即Momentum 仿真。

关键词：滤波器S参数原理图设计优化设计Momentum仿真

一、引言

滤波器是模拟电路中最基本也是最常用的基本器件，在频率较低的模拟电路中，滤波器常用电感、电容等集总参数元件构成，在频率较高的电路中，滤波器则由一些不同长度和宽度的微带线组成，简称微带滤波器。耦合微带线滤波器是最常用的微带滤波器，它由平行的耦合线节相连组成，构成谐振电路。每一个耦合线节是左右对称的，长度约为四分之一波长（对中心频率而言）。本文研究的耦合微带线滤波器为带通滤波器，通带3.0－3.1GHz，带内衰减小于2dB，2.8GHz 以下及3.3GHz以上衰减大于40dB，端口反射系数小于-20dB。

二、设计分析

在进行设计时，主要是以滤波器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21(S12)是传输参数，滤波器通带、阻带的位置以及衰减、起伏全都表现在S21(S12)随频率变化曲线的形状上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算出输入、输出端的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，并且影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。

三、原理图设计

将滤波器节数定为5节，由于平行耦合线滤波器的结构是对称的，所以五个耦合线节中，第1、5及2、4节微带线长L、宽W和缝隙S的尺寸是相同的。耦合线的这些参数是滤波器设计和优化的主要参数，因此要用变量代替，便于后面修改和优化。滤波器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具得到。最后分别设置滤波器的尺寸参数和电气参数，得到的滤波器原理图。

四、优化设计

当采用初始设定的参数时，滤波器的性能指标距设计要求相差很远，因此需要对滤波器的各个参数进行优化。

这里总共设置了四个优化目标，前三个的优化参数都是S21，用来设定滤波器的通带和阻带的频率范围及衰减情况(通带衰减小于2dB，阻带衰减大于40dB)，最后一个的优化参数是S11，用来设定通带内的反射系数(反射系数小于-20dB)。由于原理图仿真和实际情况会有一定的偏差，在设定优化参数时，可以适当增加通带宽度。对于其它的参数，也可以根据优化的结果进行一定的调整。设定好优化目标后，ADS会自动对电路进行优化，几次优化后的原理图仿真结果如下：

五、版图仿真

微带滤波器的实际电路是由微带线和电路板构成，实际电路的性能可能会与原理图仿真的结果有很大区别，因此在原理图仿真的基础上还要进行版图仿真。版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行计算，其结果比在原理图中仿真要准确。

首先要由原理图生成版图，生成版图前先要把原理图中用于S参数仿真的两

个Term以及地去掉，然后使用ADS中Layout生成版图，版图生成后，使用ADS 菜单中的Momentum仿真进行版图仿真，仿真结果如下：

六、小结

本文探讨了使用ADS仿真软件对平行耦合线带通滤波器设计仿真的方法，解决了工程应用中平行耦合线带通滤波器计算过于繁琐的问题，在平行耦合线带通滤波器设计及仿真中，主要是通过对滤波器电路原理图进行S参数仿真以及版图的Momentum仿真；其中，在原理图仿真中，由于初始设置的参数并不能满足设计目标，需要使用优化控件对滤波器电路参数进行优化调整。本文探讨的平行耦合线带通滤波器设计方法，简化了设计过程，提高了工作效率，同时也为平行耦合线带通滤波器的设计奠定了基础。

参考文献：

[1]ADS用户手册：Circuit Simulation Agilent公司

[2]ADS 2008 Fundamentals Agilent公司

[3]ADS应用详解人民邮电出版社2008.8

[4]射频集成电路与系统科学出版社2008.8

[5]微波集成电路国防工业出版社1995.5

[6]微带电路人民邮电出版社1979.6