射频集总参数滤波器的仿真
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
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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。
射频实验报告
西安交通大学射频专题实验报告（一）匹配网络的设计与仿真实验目的1.掌握阻抗匹配、共轭匹配的原理2.掌握集总元件L型阻抗抗匹配网络的匹配机理3.掌握并(串)联单支节调配器、λ/4阻抗变换器匹配机理4.了解ADS软件的主要功能特点5.掌握Smith原图的构成及在阻抗匹配中的应用6.了解微带线的基本结构基本阻抗匹配理论信号源的输出功率取决于U s、R s和R L。
在信号源给定的情况下，输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比k 。
当R L=R s时可获得最大输出功率，此时为阻抗匹配状态。
无论负载电阻大于还是小于信号源内阻，都不可能使负载获得最大功率，且两个电阻值偏差越大，输出功率越小。
匹配包括：共轭匹配，阻抗匹配，并(串)联单支节调配器。
练习1.设计L 型阻抗匹配网络，使Zs=(46－j ×124) Ohm 信号源与ZL=(20+j ×100) Ohm 的负载匹配，频率为2400MHz.仿真电路图2. 设计微带单枝短截线线匹配电路，使MAX2660的输出阻抗ZS=（126-j*459）Ohm与ZL=50Ohm的负载匹配，频率为900MHz.微带线板材参数：相对介电常数：2.65相对磁导率：1.0导电率：1.0e20损耗角正切：1e-4基板厚度：1.5mm导带金属厚度：0.01mm仿真电路图仿真结果思考题1.常用的微波/射频EDA仿真软件有哪些？2.ADS, Ansoft Designer，Ansoft HFSS，Microwave Office， CST MICROWAVE STUDIO2.用ADS软件进行匹配电路设计和仿真的主要步骤有哪些？放置元件，连接电路图，参数设定，计算仿真。
3.给出两种典型微波匹配网络，并简述其工作原理。
L型阻抗匹配网络，π型阻抗匹配网络在RF理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impedance matching）问题。
10.2.1 集总参数低通滤波器设计向导[共5页]
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第10章 集总参数滤波器的仿真
231║
图10.9 从低通滤波器原型到低通、高通、带通和带阻滤波器的变换
10.2 集总参数低通滤波器的仿真
集总参数低通滤波器是由电感和电容构成的，当技术指标不同时，电感和电容的取值也不同，本节学习如何设计集总参数低通滤波器，并给出符合技术指标的集总参数低通滤波器原理图。
10.2.1 集总参数低通滤波器设计向导
ADS 自带了集总参数滤波器设计向导，利用设计向导可以方便地设计出符合技术指标的集总参数低通滤波器。
集总参数低通滤波器设计指标如下。
设计集总参数低通滤波器。
通带频率范围为0～0.1GHz 。
滤波器响应为切比雪夫Chebyshev 。
通带内波纹为0.5dB 。
在0.2GHz 时衰减大于40dB 。
特性阻抗选为50Ω。
下面介绍集总参数滤波器设计向导的使用方法。
1．创建项目
下面将创建一个集总参数滤波器项目，本章所有的设计都将保存在这个项目之中。
创建项目的步骤如下。
（1）启动ADS 软件，弹出主视窗。
（2）选择主视窗中【File 】菜单→【New Project 】，弹出【New Project 】对话框，在【New Project 】 对话框中，输入项目名称和这个项目默认的长度单位，这里项目名称定为LC _Filter ，默认的长度单位选为millimeter 。
集总参数带通滤波器设计向导_物联网：ADS射频电路仿真与实例详解_[共5页]
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第10章 集总参数滤波器的仿真 243║
在30MHz 处，S 21的值为−0.569dB 。
在100MHz 处，S 21的值为−0.175dB 。
在
200MHz 处，S 21的值为−45.472dB 。
由图10.34可以看出，曲线满足技术指标。
图10.34 调谐后的曲线
（12）这时原理图中的电感L1、电容C2和电感L2已经更新为调谐后的值，电感L1、电容C2和电感L2值如下。
L1=89.051 1nH 。
C2=78.357 2pF 。
L2=91.453 8nH 。
10.3 集总参数带通滤波器的仿真
集总参数带通滤波器也是由电感和电容构成的，当技术指标不同时，电感和电容的取值也不同，本节学习如何设计集总参数带通滤波器，并给出符合技术指标的集总参数带通滤波器原理图。
10.3.1 集总参数带通滤波器设计向导
利用集总参数滤波器设计向导，可以方便地设计出符合技术指标的集总参数带通滤波器。
下面介绍利用集总参数滤波器设计向导设计带通滤波器的方法，带通滤波器的设计依旧保存在LC _Filter 项目之中。
集总参数带通滤波器设计指标如下。
设计集总参数带通滤波器。
带通滤波器的中心频率为150MHz 。
通带频率范围为140MHz 到160MHz 。
滤波器响应为最大平滑Maximally Flat 。
通带内最大衰减为3dB 。
在100MHz 和200MHz 时衰减大于30dB 。
特性阻抗选为50Ω。
ADS教学大纲
实验报告（2011 / 2012 学年第二学期）课程名称软件实习实验名称ADS实验时间2011/2012学年第二学期指导单位电子科学与工程学院指导教师陈董学生姓名朱殿君班级学号B09020516学院(系) 电子科学与工程学院专业电磁场与无线技术一、设计的性质、目的与任务性质：本课程设计是电磁场专业的实践环节必修课，本大纲依据电子类专业大纲制定。
任务：要求学生在所列出的设计课题中，结合自己的兴趣，选择完成仿真。
目的：通过本设计，强化对微波电路基本理论的掌握，培养实际动手的能力。
二、设计内容从以下5个课题中任选4个，其中实验五必做。
实验一、集总参数低通滤波器仿真设计要求：通带频率范围为0GHz-0.1GHz通带内衰减小于0.6dB在0.2GHz时的衰减大于30dB用标准元器件值进行替换，观察替换前后滤波器响应的变化。
实验二、集总参数带通滤波器仿真设计要求：带通滤波器的中心频率为150MHz通带频率范围为140MHz-160MHz滤波器响应为最大平滑通带内最大衰减为3dB在100MHz和200MHz时衰减大于30dB用标准元器件值进行替换，观察替换前后滤波器响应的变化。
实验三、微带支节线低通滤波器仿真设计要求：通带频率范围为0GHz-4GHz通带内衰减小于3dB在6GHz时的衰减大于25dB系统特性阻抗为50Ω微带线基板的厚度为0.5mm，基板的相对介电常数选为4.4生成版图后，用momentum对版图进行仿真。
实验四、微带平行耦合线带通滤波器仿真设计要求：带通滤波器的中心频率为2GHz通带频率范围为1.9GHz-2.1GHz通带内衰减小于1.5dB在1.7GHz和2.3GHz时衰减大于20dB系统特性阻抗为50Ω微带线基板的厚度为0.5mm，基板的相对介电常数选为4.4生成版图后，用momentum对版图进行仿真。
实验五、3dB单节功率分配器的仿真设计要求：3dB单节功率分配器中心频率为1.8GHz带宽为0.4GHz微带线基板的厚度为0.5mm微带线基板的相对介电常数为4.4各个端口传输线的特性阻抗采用50Ω生成版图后，用momentum对版图进行仿真。
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。
一种新型射频高通滤波器的设计研究
＝ 一０３ ／．Ｑ 同理 ，可 以得到实 际感抗 和容抗为
（１）
Ｌ １／ｏＪ Ｃ
（２）
Ｃ １／ｔｏ。Ｌ
（３）
根据基本 电路理论 ，将一 阶低通滤 波器 中的电感
【文献标识码 】Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ Ｎｏｖｅｌ ＲＦ Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉ ｌｔｅｒ
ＮＩＥ Ｊｉａｎｇｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏｍｉｎ，ＰＥＮＧ Ｗ ｅｎｂｉａｏ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２ ，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＲＦ ｈｉｇｈ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＳ，ａｎｄ Ｒｉｃｈａｒｄｓ ｓｗｉｔｃｈ ａｎｄ Ｋｕｒｏｄａ ｆｏｒｍｕｌａ ｗｈｉｃｈ
【摘 要 】基于 ＡＤＳ对射频高通滤波器进 行设 计和仿真 ，并且 介绍 了一种将集 总参数 转换为分布参 数 的方法 ，即 Ｒｉｃｈａｒｄｓ变换和 Ｋｕｒｏｄａ规则，同时 以这 两种理论为基础设计出一种射频高通滤波器 。
【关键词 】仿真 ；ＡＤＳ；射频 ；高通滤波器
【中图分类号 】ＴＮ７１３
分 布参数滤 波 器 种 类 很 多 ，笔 者 讨 论 的分 布 参 数高通滤波器 是利用微带传输线 的特点实现 的 。
２ 标准低通滤波器转换成高通滤波器
首先 ，要将 归 一 化低 通 滤 波 器转 换 成 归 一 化 高 通滤波器 ，这就 必须进行频率变 换 。频率变换 是指 如 何将归一 化频率 力变 换 为实 际截 止频 率 ∞ ，实 际是 调整标准 电感 和标准 电容的值 。
集总参数滤波器的设计
集总参数滤波器的设计李艳莉（电子科技大学 成都学院 四川 成都 611731）摘 要： 首先介绍集总参数滤波器的设计方法，设计一个集总参数带通滤波器，中心频率为200MHz，带宽20MHz，两个端口的特征阻抗为50Ω，带内插入损耗＜3dB，带内波纹＜0.5dB，在f＜190MHz和f＞210MHz处阻带衰减＞15dB，利用ADS软件进行仿真和优化。
关键词： 集总参数；滤波器；ADS中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1110051－02微波通信电路中常用的是带通滤波器，因此本文以带通滤0 引言波器（BPF）为例研究集总参数LC滤波器的设计和优化，下面给滤波器是是一种具有频率选择特性的无源器件，从各种不出由归一化低通滤波器设计带通滤波器的具体步骤如图1所示：同频率的信号中，滤出有用信号，抑制掉无用或者有害的频率信1）设计一个归一化LPF，该滤波器的截止频率和BPF带宽号。
在无线通信应用技术领域，无源滤波器作为一个重要器件，相同；其指标往往直接影响整个通信系统的性能优劣。
而且随着移动通2）按照LPF和BPF的基本单元，进行元件和电路变换。
按信、雷达、微波毫米波通信、卫星通信、无线导航等民用、军事照对应关系将LPF的四种基本构成单元变换成对应的BPF基本单电子等各类通信系统的增加，使得电磁环境异常复杂，导致通信元[3-4]；系统中的频率资源越来越稀缺，所以通信系统频率间隔也变得越3）将设计得到的BPF电路模型建立ADS模型，仿真滤波器来越密集。
如何在日益稀缺的频率资源内，无失真地取出通信系的性能曲线，如果指标不能达到要求需要返回第一步对滤波器统所在工作频率需要的信号，抑制其他无用或有害信号，为滤波进行优化，直至指标满足要求为止。
器提出了更为严格的要求。
随着微波技术和电子器件的发展，各 2 带通滤波器的ADS仿真与性能优化种滤波器层出不穷，但是如何在满足技术指标的前提下尽可能做出体积小、成本低并易于量产的滤波器是工程应用的核心问题。
RF仿真中的集总端口应用说明
RF仿真中的集总端口应用说明当使用特定的阻抗值在预计会出现横向电磁（TEM）模式的位置上激励或终止一个射频设备时，集总端口特征很有用。
RF模块是COMSOL Multiphysics® 软件的一个附加产品，集总端口特征是一个具有许多不同变化和应用领域的边界条件。
集总端口简介集总端口用于激励或终止无源电路和天线，以及计算设备的频率响应，例如根据S参数的阻抗匹配和插入损耗。
在使用集总端口时，有几个条件可以获得物理上有效的S参数。
为了生成S参数，必须有一个单一激励的集总端口。
传统的S参数定义仅适用于实数特性阻抗。
当使用复数端口参考阻抗时，计算的S 参数是是没有物理意义的。
例如，对于UHF RFID标签建模，需要研究功率波反射系数项来计算设备的匹配特性。
虽然集总端口和端口边界条件都非常适合电磁波问题，但在这里我们将通过RF模块应用程序库中的几个示例，重点介绍每种端口类型的集总端口应用。
显示了波束扫描能力的单极天线阵列模型。
该模型使用了具有算术相位变化的多个集总端口激励。
对于相控阵天线应用，有可能激励具有相位级数的多个集总端口。
集总端口特征可以应用在模型的一个小区域，这些集总端口边界的大小相对于工作波长足够小。
因此，假设在小区域中的任何相位变化都可以忽略不计。
此特征仅限于支持TEM 模式的两个金属(导体)边界之间的间隙表面。
集总端口按其几何形状可以分为以下几类：均匀、同轴、单元均匀、用户自定义。
均匀集总端口使用均匀集总端口通过小的矩形边界激励或终止器件。
RF 模块应用程序库中的几个示例演示了这类集总端口的使用。
带状天线当激励一个印刷在介电板上的带状天线来测量输入阻抗和S参数，以及计算具有远场特征的辐射方向图时，可以在两个导电带之间的间隙上使用集总端口。
微带电路当激励和终止微带线电路以计算S 参数时，可以在微带线末端和底部接地层之间的间隙上添加一个集总端口。
微带线周围的边缘场被忽略。
如果需要考虑边缘场，可以使用带有TEM 选项的数值端口。
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）。
射频电路-Microwaveoffice软件介绍
添加原理图 在工程浏览页右键单击Circuit Schematics组，
New：创建空白原理图
Import：导入文件，即将某文件复制并作为本工程的永久文件。原理图文件的扩展名为（*.SCH）,网表文件为（*.NET）。
Link：链接文件，能处理文件但不复制到工程中。该文件必须始终适于工程读取。当其他用户更新该文件时，允许当前工程保留数据不变。
射频电路与天线（一） RF Circuits and Antennas 第10讲 Microwave Office 软件介绍
王世伟 华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 TEL: 22236201-604
Microwave Office软件由美国AWR公司开发，是进行射频、微波电路设计及仿真的专业软件。
添加子电路元件 方法1：通过主菜单。选中原理图，从主菜单选Schematic\Add Subcircuit，从对话窗列表中选择数据源的名称。 注意Grouding Type选项，可控制支路接地方式。Normal为端口内部定义接地；Explicit groud node添加一个为所有端口定义的公共接地点；Balanced ports为每个端口有各自的接地点。点OK退出对话窗，将所选项放入原理图。 方法2：通过元件浏览页。在Elem浏览页上部选择Subcircuits组，下部则显示所有可用于支路的项目列表，选中所需项并拖放至原理图即可。
从主菜单中选择Options\Project Options，选择Global Units页，通过增加或减小默认设计单位来编辑工程的全局默认单位。
设置工程单位
从主菜单中选择Options\Project Options，选择Global Units页，通过增加或减小默认设计单位来编辑工程的全局默认单位。
基于ADS的射频低通滤波器设计与仿真
射频系统仿真实验报告射频滤波器设计姓名：学号：一、设计要求设计一个三阶原型Butterworth 低通滤波器。
要求：H f =10GHz ，电长度4πθ=。
二、设计方案在三阶原型Butterworth 低通滤波器的基础上，采用kuroda 变换。
变为可实现的结构。
1) 三阶原型Butterworth 低通滤波器：注：并联元件的单位是电纳，串联元件的单位是电抗2) 传输线实现集总参数的电感电容：θtg jZ jX Z L L 0== （8λ的短路线） θjtg 记为S θtg jY jB Y c c 0== （8λ的开路传输线）3) 插入单位元件后再进行Kuroda 规则变换。
目的是变成可实现的物理结构。
采用如下变换：取121Z Z Z N +=时两者等效。
所以Z=1的单位元件并联Y=1的8λ开路传输线变为：Z=1/2的8λ短路传输线和Z=1/2的单位元件相串联。
上图交换为如下：4) 再插入一个单位元件，如下图：⇔利用Kuroda 规则：取121Z Z Z N +=即可。
所以Z=1的单位元件串联Z=1/2的8λ短路传输线变为：并联的Y=3的8λ开路传输线和Z=1.5的单位元件。
所以Z=1/2的单位元件串联Z=2的8λ短路传输线变为：并联的Y=8/5的8λ开路传输线和Z=2.5的单位元件。
整个电路如下图：5) 阻抗交换：采用8λ开路传输线单位值Ω⨯50。
∴ 变换后特征阻抗为：⇔0.333333 16.66671.5 75.0000 0.625 31.25002.5 125.0000 1 50.00006) 物理尺寸计算得到另外4段微带线尺寸如下：归一化值 Z 的特征阻抗宽度W 长度P 单位：mil 频率：10GHz 电长度：45°1/3 Ω67.16 126.6 103.098 1.5 Ω75 15.0051 110.234 5/8 Ω25.31 58.2277 105.493 2.5 Ω125 4.3755113.6 1Ω5029.9473107.84三、仿真分析①Project 导航条内。
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：
ads滤波器仿真实验报告_图文
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。
dB；在该式在滤波器中，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 L中，P in和P L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列出了巴特沃兹滤表1-1 巴特沃兹滤波器低通原型元器件值实际设计中，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。
(整理)射频分布参数滤波器的仿真.
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 。
3．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。
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]。
基于Sonnet的射频通信用超宽带滤波器的矩量法仿真设计
基于Sonnet的射频通信用超宽带滤波器的矩量法仿真设计许国泰;陈兵;王子玮【摘要】提出一种射频通信用超宽带滤波器结构,并详细介绍基于矩量法的电磁场仿真软件的设计过程.给出了滤波器结构以及理论模型;介绍了建立仿真模型的方法,以及在仿真中的注意事项;利用软件对模型进行矩量法仿真设计,并进行了实验验证.实验结果验证了模型及方法的可行性.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2018(035)008【总页数】5页(P186-189,212)【关键词】超宽带;滤波器;Sonnet;矩量法电磁仿真【作者】许国泰;陈兵;王子玮【作者单位】上海市信息网络有限公司上海200081;上海市信息网络有限公司上海200081;上海市信息网络有限公司上海200081【正文语种】中文【中图分类】TP3310 引言由于频率在1 GHz以上的射频通信电路器件的加工成本昂贵，通常希望通过提高设计精度来减少试制次数，从而降低成本。
然而，对于射频电路而言，其传统理论模型通常与实际电路存在较大误差，电路的精确设计通常需要借助高精度的电磁仿真软件。
Sonnet Suite[1]是一款针对射频平面电路以及天线进行精确电磁仿真分析的软件。
此软件主要基于快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier Transform)的屏蔽域3D平面矩量法MoM(Method of Moments)。
其特点是用户界面友好，使用简单，并与多种行业内著名的系统电路设计工具MWO、ADS、Cadence等有良好的兼容性[2-5]。
超宽带(UWB:Ultra-wideband)无线通信技术[6]是在1960年被提出，原本用于军事用途。
2002年美国联邦通信委员会(FCC:Federal Communications Commission)发布了商业应用规范以后，该技术被广泛研究。
该技术由于具有抗干扰性能力强、传输速率高、带宽极宽、系统容量大、发射功率低、保密性好、通信距离短、多径分辨率高等特点，被认为是在20世纪90年代以后发展起来的一种具有巨大发展潜力的新型无线通信技术，被列为未来通信的十大技术之一。
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实验3 集总参数滤波器的仿真实验目的：掌握利用ADS仿真滤波器电路的方法，理解有关电路与设计原理。
实验原理：滤波器是一个二端口网络，在设计射频系统时通常会加入滤波器，滤波器可以非常精确地实现预定的频率特性。
滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种基本类型。
滤波器常用插入损耗作为考察滤波器的指标，插入损耗可以选特定的函数，随所需的响应而定，常用的有通带内最平坦、通带内有等幅波纹起伏、通带和阻带内都有等幅波纹起伏和通带内有线性相位等响应，对应上述响应的滤波器称为巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆函数滤波器和线性相位滤波器等。
归一化低通滤波器是设计滤波器的基础，低通、高通、带通、带阻滤波器以及分布参数元器件滤波器，可以根据归一化低通滤波器变换而来。
图3.1是归一化低通滤波器的两种基本结构。
低通滤波器由N个元器件构成，各元器件的取值依滤波器响应的不同而不同。
实际滤波器N的取值不会太大，通常取N=1至N=10，N值越大，阻带内衰减随着频率增大的越快。
设计低通滤波器时，对阻带内的衰减有数值上的要求，由此可以计算出N值。
图3.1 归一化低通滤波器的基本结构通过阻抗变换和频率变换两个过程可以由归一化低通滤波器得到实际的滤波器。
实验内容：1．设计如下指标的集总参数低通滤波器：通带频率范围为0～0.1GHz。
滤波器响应为切比雪夫Chebyshev。
通带内波纹为0.5dB。
在0.2GHz时衰减大于40dB。
特性阻抗选为50Ω。
实验步骤：1．创建项目下面将创建一个集总参数滤波器项目，本章所有的设计都将保存在这个项目之中。
创建项目的步骤如下。
（1）启动ADS软件，弹出主视窗。
（2）选择主视窗中【File】菜单→【New Project】，弹出【New Project】对话框，在【New Project】对话框中，输入项目名称和这个项目默认的长度单位，这里项目名称定为LC_Filter，默认的长度单位选为millimeter。
（3）【New Project】对话框如图10.10所示，单击【New Project】对话框中的【OK】按钮，完成创建项目，同时一个未命名的原理图（untitled1）自动打开。
2．创建原理图创建原理图的方法很多，这里在前面自动打开的原理图上将原理图命名，完成原理图的创建工作。
创建原理图的步骤如下。
（1）在未命名的原理图untitled1上，选择菜单【File】→【Save Design】，弹出【Save Design As】对话框。
（2）在【Save Design As】对话框中，输入文件名"Filter_Lowpass1"，然后单击"保存"，将原理图命名为Filter_Lowpass1。
3．利用设计向导生成集总参数低通滤波器原理图（1）在原理图Filter_Lowpass1中，选择【Design Guide】菜单→【Filter】，弹出【Filter】对话框，在对话框中选择【Filter Control Window】项。
【Filter】对话框如图10.11所示。
图10.10 创建集总参数滤波器项目图10.11 Filter设计向导对话框（2）单击【Filter】对话框中的【OK】按钮，关闭【Filter】对话框，同时将弹出滤波器设计向导初始窗口【Filter Design Guide】，如图10.12所示。
图10.12 滤波器设计向导初始窗口（3）在图10.12所示的【Filter Design Guide】窗口中，单击工具栏中的按钮【Component Palette-All】，在Filter_Lowpass1原理图中出现【Filter DG-All】列表下的元器件面板，如图10.13所示，【Filter DG-All】元器件面板上列出了各种类型滤波器的设计向导，包括集总元器件低通、高通、带通和带阻滤波器设计向导。
（4）在【Filter DG-All】元器件面板上，选择双端口低通滤波器，插入到原理图的画图区，然后单击按钮，结束当前命令。
原理图中的双端口低通滤波器如图10.14所示。
图10.13 滤波器设计向导元器件面板图10.14 双端口低通滤波器原理图（5）重新回到【Filter Design Guide】窗口，单击窗口中的【Filter Assistant】按钮，在【Filter Design Guide】窗口中出现滤波器设计向导，如图10.15所示，图10.15中【Smart Component】项为DA_LCLowpassDT1，说明Filter_Lowpass1原理图中现在出现了快捷元器件DA_LCLowpass DT1，设计向导就是用来设计原理图中的快捷元器件DA_LCLowpassDT1。
图10.15 滤波器设计向导中的设计选项下面对图10.15中【Filter DesignGuide】窗口的参量介绍如下。
Source Impedances为源阻抗，源阻抗的默认状态为50Ω。
Load Impedances为负载阻抗，负载阻抗的默认状态为50Ω。
First Element为滤波器第一个元器件的串并联方式，Parallel为并联方式，Series为串联方式，软件的默认状态为Parallel并联方式。
Order（N）为滤波器的阶数，滤波器的阶数与滤波器的元器件数相同Response Type为滤波器响应的方式，滤波器响应的方式有最大平滑Maximally Flat（也称为巴特沃斯）、切比雪夫Chebyshev、椭圆Elliptic和高斯Gaussian 等，软件默认的滤波器响应方式为最大平滑Maximally Flat。
Ap（dB）为滤波器通带的衰减。
As（dB）为滤波器阻带的衰减。
Fp为滤波器通带的频率。
Fs为滤波器阻带的频率。
（6）图10.15是初始状态，下面设置图10.15中快捷元器件DA_LCLowpassDT1的参数。
Response Type选为切比雪夫Chebyshev。
Ap（dB）选为0.5。
As（dB）选为40。
Fp选为0.1GHz。
Fs选为0.2GHz。
其余选项保持默认状态。
单击【Filter DesignGuide】窗口中的【Design】按钮，软件中的设计向导完成设计。
（7）现在观察【Filter DesignGuide】窗口，可以看到现在窗口中的曲线已经改变为图10.16。
图10.16 滤波器设计向导中符合指标的响应由图10.16可以看出，在通带内滤波器的响应是等幅值的波纹，在阻带内滤波器的衰减随着频率的升高单调上升，这是切比雪夫低通滤波器。
（8）现在原理图中的DA_LCLowpassDT1元器件已经有了子电路，下面观察子电路，观察子电路的步骤如下。
在原理图中选中DA_LCLowpassDT1元器件。
然后单击原理图工具栏中的按钮，进入DA_LCLowpassDT1元器件子电路，DA_LCLowpassDT1元器件子电路如图10.17所示。
由图10.17可以看出，满足技术指标的滤波器阶数为5，也就是滤波器有5个元器件。
（9）在原理图的工具栏中，单击按钮，由DA_LCLowpassDT1元器件子电路退出，回到图10.14所示的原理图中。
4．观察原理图的仿真结果下面在原理图Filter_Lowpass1中设置仿真控件，来观察DA_LCLowpassDT1元器件的S参数，DA_LCLowpassDT1元器件的子电路为集总参数低通滤波器。
（1）打开Filter_Lowpass1原理图。
（2）在原理图Filter_Lowpass1上选择S参数仿真元器件面板，在元器件面板上选择负载终端Term，将负载终端Term两次插入到原理图中，定义负载终端Term1为输入端口，负载终端Term2为输出端口。
图10.17 滤波器子电路（3）在原理图工具栏中单击按钮，将地线（GROUND）两次插入原理图，让两个负载终端Term接地。
（4）单击工具栏中的按钮，将原理图中的负载终端Term和低通滤波器连接起来，连接方式如图10.18所示。
（5）在S参数仿真元器件面板上，选择S参数仿真控件SP插入到原理图的画图区，对S参数仿真控件设置如下。
频率扫描类型选为线性Linear。
频率扫描的起始值设为0MHz。
频率扫描的终止值设为300MHz。
频率扫描的步长设为10MHz。
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】按钮，完成对S参数仿真控件的设置，现在用于仿真的集总参数低通滤波器原理图如图10.19所示。
图10.18 带有负载终端的低通滤波器原理图图10.19 用于仿真的集总参数低通滤波器原理图（6）现在可以对图10.19所示的原理图仿真了。
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。
（7）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曲线上插入三个Marker，S21曲线如图10.20所示，S21表示信号由端口1到端口2的正向传输系数。
图10.20 低通滤波器数据显示单击工具栏中的按钮，保存数据。
（8）由图10.20可以看出，S21曲线在30MHz、100MHz和200MHz处的值如下。
在30MHz处，S21的值为?0.499dB。
在100MHz处，S21的值为?0.500dB。
在200MHz处，S21的值为?42.039dB。
图中的参数满足指标要求。
由上节ADS的设计向导，我们得到了集总参数低通滤波器原理图的基本结构,本节学习如何实现集总参数低通滤波器的原理图。
实际的集总参数低通滤波器，集总参数元器件之间需要有传输线连接，由于分布参数的影响，传输线会对滤波器的技术指标有影响，因此需要考虑加入传输线后滤波器的设计情况。
集总参数低通滤波器的设计指标如下。
设计集总参数低通滤波器。
通带频率范围为0.1GHz内。
通带内衰减小于0.6dB。
在0.2GHz 时衰减大于40dB。
特性阻抗为50Ω。
微带线基板的厚度为1mm，基板的相对介电常数为4.2。
连接集总参数元器件的微带线，长选为2.5mm，宽选为1.5mm。
1．创建新设计创建一个新设计Filter_Lowpass2，这个设计依旧保存在LC_Filter项目之中。
创建新设计的步骤如下。
（1）选择主视窗中【View】菜单→【Startup Directory】，然后在主视窗中的文件浏览区选择LC_Filter_prj，双击进入LC_Filter项目。
（2）在主视窗中选择【File】菜单→【New Design】，弹出【New Design】对话框，在【New Design】对话框中，输入新建的设计名称Filter_Lowpass2，并选择对话框中【Create New Design in】项中的New Schematic Window（新建原理图视窗），以及选择【Schematic Design Templates】（原理图设计模板）项中的none，然后单击【OK】按钮，新建的原理图Filter_Lowpass2自动打开。