三.滤波器的仿真设计20110419

集总参数滤波器变换为微带滤波器
微带线的结构
集总参数滤波器变换为微带滤波器
等效变换理论基础 Richards变换：
串联电感 串联短路短截线 并联电容 并联开路短截线 ？实际微带电路中，串联短路短截线无法实现!

Kuroda变换：
并联短截线 串联短截线 Richards变换 串联、 并联短 截线 微带传输线 微带传输线 Kuroda变换 微带 传输 线 设置微带线 参数，仿真 计算
LC滤波器的仿真设计
拓扑图电路参数已更新
LC滤波器的仿真设计
小结
• 建立LC低通滤波器拓扑结构，进行仿真。 • 学习数据显示窗口中仿真曲线的显示、标注、保存。 • 利用参数调谐工具，进行电路参数调谐，获得较优的性能。
LC滤波器的仿真设计
使用滤波器设计向导工具设计滤波器
设计4GHz低通滤波器
对原理图 中低通滤 波器模型 自动设计
LC滤波器的仿真设计
LC滤波器的仿真设计
选择滤波器响应类型
• • • • • • • Maximally Flat： 最平坦响应，也称巴特沃兹响应 Chebyshev： 切比雪夫响应 Elliptic： 椭圆函数响应 Inverse Chebyshev： 逆切比雪夫响应 Bessel-Thomson： 贝塞尔-托马森响应 Gaussian： 高斯响应
选择显示 参数单位
LC滤波器的仿真设计
标注仿真数据
点击Marker 菜单
LC滤波器的仿真设计
保存仿真数据文件
另存为，可命名仿真数据文件
自动保存，文件名与拓 扑图文件一致
LC滤波器的仿真设计
打开已保存仿真数据文件
主窗口点击显示数 据窗口图标
选择打开已存仿真数据文件
LC滤波器的仿真设计
LC滤波器的仿真设计
参数设臵完成，单击窗口中【Design】按钮，系统将自动 生成一个集总参数滤波器
原理图中低通滤波器设臵参数
LC滤波器的仿真设计
选中滤波器模型DA_LCLowpassDT1, 然后在工具栏中单击 Push Into Hierarchy 按钮 ，得到的滤波器的子电路
低通滤波器模型生成的子电路
LC滤波器的仿真设计
对生成低通滤波电路的仿真设臵
起始频率
终止频率
频率步长
仿真参数设臵完成，点击【Simulate】按钮，开始仿真！
LC滤波器的仿真设计
低通滤波器仿真的响应曲线
LC滤波器的仿真设计
低通滤波器仿真的响应曲线
截止频率4GHz
通带内波动小于2
8GHz处插损大于15dB
达到设计指标！
滤波器介绍
滤波器是一种二端口网络，具有频率选择特性，即通带内提供信号 传输，阻带提供信号衰减，以实现微波系统中需要的频率响应。 100MHz至9.6GHz倍频链实例
100MHz-->200MHz 200MHz-->400MHz
400MHz-->1.2GHz
9.6GHz 1.2GHz->9.6GHz
滤波器介绍
倍频放大链路中未加入滤波器输出的9.6GHz信号频谱
9.6GHz 附近存在 众多杂散 信号！
滤ຫໍສະໝຸດ Baidu器介绍
倍频放大链路中加入滤波器输出的9.6GHz信号频谱
9.6GHz 附近杂散 信号被滤 除！
滤波器介绍
滤波器的基本原理
滤波器一种二端口网络，具有频率选择特性，即可让某些频率通过，也可对 其它频率加以阻拦。 滤波器的基础是谐振电路，谐振电路也是二端口网络，对通带内信号匹配传 输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，实现滤波功能。 典型滤波器频率响应：低通、高通、带通、带阻。 低通滤波器 高通滤波器
• • • •
截止频率wc=4GHz 在wc=8GHz频点处的插入损耗必须大于15dB 输入输出阻抗为50欧姆 通带内插损小于2dB
LC滤波器的仿真设计
滤波器电路的生成
• 在“Lab_2LCfiltere”工程文件中新建“Filter_DesignGuide”电路原 理图 • 原理图菜单栏中的【Design Guide】→【Filter】选项，弹出对话框：
滤波器的电路调谐
点击参数调谐图 标 参数当前值
保存 重臵参数 更新到原理图 关闭 移动滑块或点击箭头改变调谐窗口中的参数值
LC滤波器的仿真设计
选择电路调谐参数
• 鼠标点击选择需要调谐的参数
LC滤波器的仿真设计
调谐电路参数，改善低通滤波器性能
• 鼠标点击调谐箭头，改变调谐参数
调谐至优值后 更新到拓扑图窗口
LC滤波器的仿真设计
设臵仿真参数
• 从元器件模型列表选择“Simulation-S_Param”，并加入端口
LC滤波器的仿真设计
完成电路拓扑及仿真参数设臵
LC滤波器的仿真设计
开始仿真
点击仿 真图标
仿真状态窗口 数据显示 窗口
LC滤波器的仿真设计
显示仿真数据
点击数据显 示图标
选择要显示的S参 数
串联短路短截线
集总参数滤波器转化为微带滤波器
返回滤波器转换助手对话框，选中“ ”
1.选择Kuroda转换 3.选中一组Kuroda转换 4.单击添加 选中的转换
LC滤波器的仿真设计
在电路原理图元器件列表的“Filter DG-All”一栏，从器件列表中选 择“双端口低通滤波器模型（low-pass filter DT）”
在原理图中添加低通滤波器后，返回Filter DesignGuide窗口，点击自动设计图标
LC滤波器的仿真设计
点击进入【Filter Assistant】标签页面，可以看见 【Smart Component】项中已经出现了刚刚插入原理图中的低通滤波 器“DA_LCBandpassDT1”。
• 学习利用Filter DesignGuide设计一个带阻滤波器
阻带频率：1.5-2GHz； 通带最大平坦响应，通带插损小于2； 带外抑制大于20dB
LC滤波器的仿真设计
练习
• 上面四种滤波器指标不变，第一个元件改为并联结构，进 行设计仿真观察
改为并联结构
LC滤波器的仿真设计
小结
• 学习使用Filter DesignGuide自动设计工具对LC集中形式 不同电路结构形式的低通、高通、带通、带阻滤波器的仿 真设计。 • Filter DesignGuide的设计参数和仿真参数的设臵。
滤波器的基本原理
典型滤波器频率响应
带通滤波器 带阻滤波器
滤波器的基本原理
滤波器通常采用传输衰减量描述滤波器的衰减特性：
P LA 10 Log L dB P In
输出端匹配负载时负载吸收功率
输出端匹配负载时滤波器输入功率
衰减LA小，传输信号；衰减LA大，阻碍信号传输！
采用数学多项式拟合的方法描述滤波器衰减与频率的特性 关系。滤波器主要类型有：
• • • •
•
滤波器的基本原理
低通滤波器主要参数指标
滤波器的基本原理
滤波器的种类
有源滤波器 集总LC滤波器 介质滤波器 腔体滤波器
滤波器
无源滤波器
晶体滤波器 声表面波滤波器 微带滤波器
LC滤波器的仿真设计
建立新的工程文件
LC滤波器的仿真设计
建立LC拓扑结构
• 从元器件模型列表选择“Lumped Components”
第二讲：滤波器的仿真设计
学习目的
学习目的
• 了解滤波器的基本工作原理及指标特性。 • 培养利用ADS软件对集总滤波器和微带滤波器进行设计、 仿真、优化的能力。
学习内容
滤波器的介绍和基本工作原理 LC滤波器的仿真设计 利用ADS中滤波器设计向导工具进行滤波器设计 几种微带结构形式滤波器的仿真设计
L、C元 器件
集总参数滤波器转化为微带滤波器
单击Filter DesignGuide中的 助手对话框
点击 选择电感
图标，打开滤波器转换
集总参数滤波器转化为微带滤波器
选中LC to TLine选项，点击集总参数器件形式的电感 出现转换页面
4.返回上层
串联 开路短截线 1.单击串联 短路短截线
滤波器控制窗口
阻抗匹配 斯密斯圆图
LC滤波器的仿真设计
滤波器电路的生成
• 在滤波器选择窗口中选择“Filter Control Window…”，并单击OK按 钮，系统将弹出一个新的滤波器设计向导“Filter DesignGuide”窗 口
LC滤波器的仿真设计
LC滤波器的仿真设计
点击该图标，使原理图中将出现一个新的元件面板 “Filter DG-All”
2.单击添加 L1,L2
3.进行转换
集总参数滤波器转化为微带滤波器
返回至滤波器转换助理对话框，点击并联电容 进入电容转换窗口
1.单击并联 开路短截线
4.返回上层 2.单击添加 C1
并联 短路短截线
3.进行转换
集总参数滤波器转化为微带滤波器
串联电感、并联电容转换后的电路图
串联短路短截线 并联开路短截线
选择最大平坦型！
LC滤波器的仿真设计
在设计向导中设臵滤波器参数
• • • • • • AP（dB）=2，表示滤波器的通带损耗系数为2。 As（dB）=15，表示滤波器截止频率处损耗大于15dB。 Fp=4GHz，表示滤波器的通带截止频率为4GHz。 Fs=8GHz，表示滤波器的阻带截止频率为8GHz。 First Element选择为series，表示第一个元件是串联元件。 设臵完成，单击Redraw（刷新）按钮，获得巴特沃兹响应曲线。
• • • • 巴特沃斯型（Butterworth） 切比雪夫型（Chebyshev） 椭圆函数型（Elliptic） 高斯多项式型（Gaussian）
滤波器的基本原理
滤波器的基本原理
滤波器主要参数指标_带通滤波器
• 中心频率f0： 滤波器通带的中心频率f0，取f0=(f上+f下)/2。其中 f上、f下为带通或带阻滤波器左右相对下降3dB边频点。 通带带宽BW3dB： 指需要通过的频谱宽度，BW3dB=f上-f下。其中f上、f下以中心 频率f0处插入损耗为基准，下降3 dB处对应的左右边频点。 相对带宽=BW3dB/f0X100%：表征滤波器的通带带宽。 插入损耗Insert Loss：滤波器对输入信号带来的损耗。 带内波动： 通带内的插入损耗随频率变化的波动值。 回波损耗Return Loss：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝数。 带内驻波比VSWR： 衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。 理想匹配为VSWR=1:1，失配时大于1。对于实际的滤波器 一般要求VSWR小于1.5:1。 阻带抑制度Rf： 衡量滤波器选择性能好坏的重要指标，指标越高说明对带外 干扰信号抑制得越好。 矩形系数K：用来表征滤波器对频带外信号的衰减程度，带外衰减越大，选择性越好。
LC滤波器的仿真设计
练习 • 学习利用Filter DesignGuide设计一个高通滤波器
截止频率：2GHz； 通带最大平坦响应，通带插损小于2； 在1GHz处，插入损耗大于15dB
• 学习利用Filter DesignGuide设计一个带通滤波器
通带频率：1.5-2GHz； 通带最大平坦响应，通带插损小于2； 带外抑制大于20dB
集总参数滤波器变换为微带滤波器
根据已设计的LC低通滤波器，利用设计工具将LC滤波器转 化为可实现的微带滤波器
• • • • • AP（dB）=2，表示滤波器的通带传输损耗为2。 As（dB）=15，表示滤波器截止频率处损耗大于15dB。 Fp=4GHz，表示滤波器的通带截止频率为4GHz。 Fs=8GHz，表示滤波器的阻带截止频率为8GHz。 First Element选择为series，表示第一个元件是串联元件
•
• • • • •
•
•
滤波器的基本原理
带通滤波器主要参数指标
滤波器的基本原理
波导带通滤波器实物图
滤波器的基本原理
滤波器主要参数指标_低通或高通滤波器
• 截止频率f上截频、f下截频：指低通滤波器的通带右边的边频点及高通滤波器的 通带左边的边频点。 插入损耗Insert Loss：滤波器对输入信号带来的损耗。 带内波动： 通带内的插入损耗随频率变化的波动值。 回波损耗Return Loss：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝数。 带内驻波比VSWR： 衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。 理想匹配为VSWR=1：1，失配时大于1。对于实际的滤波器 一般要求VSWR小于1.5:1。 阻带抑制度Rf： 衡量滤波器选择性能好坏的重要指标，指标越高说明对带外 干扰信号抑制得越好。