用ADS软件进行滤波器的设计

设置微带电路的基本参数（续）

修改微带线参数窗口(左图)，也可以点击MSUB下面 的文字直接进行修改(右图)，但要注意数字与单位 之间有一个空格.
微带线计算工具

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，具体方法是点击菜单栏Tools -> LineCalc -> Start Linecalc，出现一个新的窗口(如下页图)。



在窗口的Substrate Parameters栏中填入与MSUB中相同的微带线参数。 在Cpmpnet Parameters填入中心频率(本例中为3.05GHz)。 Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。 Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟。 点击Synthesize和Analyze栏中的 箭头，可以进行W、L与Z0、 E_Eff间的相互换算。

上页图中五个Mcfil表示滤波器的五个耦合线节，两 个MLIN表示滤波器两端的引出线 双击图上的控件MSUB设置微带线参数

Hale Waihona Puke Baidu

H:基板厚度(0.8 mm) Er:基板相对介电常数(4.3) Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.03 mm) TanD:损耗角正切(1e-4) Roungh:表面粗糙度(0 mm)
实验一 微波滤波器的设计 制作与调试
（一）实验目的


了解微波滤波电路的原理及设计方法。 学习使用ADS软件进行微波电路的设计， 优化，仿真。 掌握微带滤波器的制作及调试方法。
（二）实验内容



使用ADS软件设计一个微带带通滤波器， 并对其参数进行优化、仿真。 根据软件设计的结果绘制电路版图，并 加工成电路板。 对加工好的电路进行调试，使其满足设 计要求。
（三）微带滤波器的技术指标

通带边界频率与通带内衰减、起伏 阻带边界频率与阻带衰减 通带的输入电压驻波比 通带内相移与群时延 寄生通带
（三）微带滤波器的技术指标（续）




前两项是描述衰减特性的，是滤波器的主要技术指标， 决定了滤波器的性能和种类(高通、低通、带通、带 阻等)。 输入电压驻波比描述了滤波器的反射损耗的大小。 群时延是指网络的相移随频率的变化率，定义为 d/df ，群时延为常数时，信号通过网络才不会产生 相位失真。 寄生通带是由于分布参数传输线的周期性频率特性引 起的 ，它是离设计通带一定距离处又出现的通带， 设计时要避免阻带内出现寄生通带。

填入50 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽1.52 mm和长度 13.63 mm(四分之一波长)。
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微带线计算工具（续）
微带线计算工具（续）

另外打开的一个窗口显示当前运算状态以及错 误信息。
设置微带器件的参数



双击两边的引出线TL1、TL2，分别将其宽与长设为1.52 mm和2.5 mm(其中线长只是暂定，以后制作版图时还会修 改)。 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。 双击每个耦合线节设置参数，W、S、L分别设为相应的变 量，单位mm，其中的W1与W2参数代表该器件左右相邻两 侧的微带器件的线宽，它们用来确定器件间的位置关系。 在设置W1、W2时，为了让它们显示在原理图上，要把 Display parameter on schematic的选项勾上。
生成滤波器的原理图




在原理图设计窗口中选择微带电路的工具 栏 窗口左侧的工具栏变为右图所示 在工具栏中点击选择耦合线Mcfil 并在右侧的绘图区放置 选择微带线MLIN 以及控件 MSUB 分别放置在绘图区中 选择画线工具 将电路连接好， 连接方式见下页图
生成滤波器的原理图（续）
设置微带电路的基本参数
耦合线节参数设置窗口
设置微带器件参数后的原理图
添加变量



单击工具栏上的VAR 图标，把变量控件VAR放置 在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次 添加各耦合线节的W，L，S参数。 在name栏中填变量名称，Variable Value栏中填变量 的初值，点击Add添加变量，然后单击 Optimization/Statistics Setup…按钮设置变量的取值 范围，其中的Enabled/Disabled表示该变量是否能被 优化（见下页图）。 耦合线节的长L约为四分之一波长(根据中心频率用微 带线计算工具算出)，微带线和缝隙的宽度最窄只能 取0.2 mm(最好取0.5 mm以上)。
（四）ADS软件的使用


本节内容是介绍使用ADS软件设计微带 带通滤波器的方法：包括原理图绘制， 电路参数的优化、仿真，版图的仿真等。 下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使 用方法。
ADS软件的启动

启动ADS进入如下界面
创建新的工程文件


点击File->New Project设置工程文件名 称（本例中为Filter）及存储路径 点击Length Unit设置长度单位为毫米
创建新的工程文件（续）

工程文件创建完毕后主窗口变为下图
创建新的工程文件（续）

同时原理图设计窗口打开
微带滤波器的设计

平行耦合线带通滤波器的设计

下图是一个微带带通滤波器及其等效电路，它由平行的 耦合线节相连组成，并且是左右对称的，每一个耦合线 节长度约为四分之一波长(对中心频率而言)，构成谐振 电路。我们以这种结构的滤波器为例，介绍一下设计的 过程。
等效电路
微带滤波器的设计（续）


设计指标：通带3.0－3.1GHz，带内衰减小于2dB，起 伏小于1dB，2.8GHz以下及3.3GHz以上衰减大于40dB， 端口反射系数小于-20dB。 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。