基于ADS的带阻滤波器设计

基于ADS的带阻滤波器设计

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:

ﻩ

电磁波与微波技术

课程设计

---－带阻滤波器的设计与仿真

课题:带阻滤波器的设计与仿真

ﻩ指导老师:

ﻩﻩﻩ姓名:

学号：

目录

1.设计要求 (3)

2.微带短截线带阻滤波器的理论基础 (3)

2.1理查德变换 (4)

2.2科洛达规则 (6)

3.设计步骤.......................７3.1ADS简介 (7)

3.2初步设计过程 (8)

3.3优化设计过程···················１4

3.4对比结果·····················１7

4.心得体会 (17)

5.参考文献 (18)

1．课程设计要求:

1.1 设计题目：带阻滤波器的设计与仿真。

1.2设计方式：分组课外利用ads软件进行设计。

1.3设计时间：第一周至第十七周。

1.4 带阻滤波器中心频率:6ＧＨｚ;相对带宽：9％;带内波纹：

<0.2ｄB。

１．５滤波器阻带衰减＞25dB；在频率5.５GHz和６.5GH ｚ处，衰减<3ｄＢ；输入输出阻抗：50Ω。

2．微带短截线带阻滤波器的理论基础

当频率不高时,滤波器主要是由集总元件电感和电容构成,但

当频率高于500Ｍz时，滤波器通常由分布参数元件构成,这是由于两个原因造成的,其一是频率高时电感和电容应选的元件值小,由于寄生参数的影响,如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元件；其二是此时工作波长与滤波器元件的物理尺寸相近，滤波器元件之间的距离不可忽视，需要考虑分布参数效应。我们这次设计采用短截线方法,将集总元件滤波器变换为分布参数滤波器,其中理查德变换用于将集总元件变换为传输段，科洛达规则可以将各滤波器元件分隔。

２.1 理查德变换

通过理查德变换，可以将集总元件的电感和电容用一段终端短路和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,可以实现集总元件到分布参数元件的变换。

ﻩ在传输线理论中，终端短路传输线的输入阻抗为：

ﻩﻩﻩ＝（1．0）式中

ﻩﻩﻩ

当传输线的长度= 时

ﻩ(1.1）将式(１．1)代入式(1.１）,可以得到

(1.２）

式中

（1.3）

称为归一化频率。

终端短路的一段传输线可以等效为集总元件电感，等效关系为

(1.４)

式中

ﻩﻩＳ= jﻩ

（1．5)

称为理查德变换。

同样,终端开路的一段传输线可以等效为集总元件的电容。终端开路传输线的输入导纳为

（１.6）

式中S ＝ｊ为理查德变换。

前面将电感和电容用一段传输线等效时，传输线的长度选择为，这样的选择有个好处,因为点f =

S = j=j1

(1.7)

这适合将集总元件低通滤波器原型转换为由传输线构成的低通滤波器,这时低通滤波器原型的电感值与终端短路传输线的归一化特性阻抗值相等,低通滤波器原型的电容值与终端开路传输线的归一化特性导纳值相等。

当传输线的长度时，这种选择适合将集总元件低通滤波器原型转换为由传输线构成的带阻滤波器。所以我们在做设计时

用的传输线的长度为。

2.2 科洛达规则

科洛达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。利用科洛达规则既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。附加的传输线段称为单位元件。

３设计步骤

3.1 ADS简介

ＡDS(AdvancｅｄDesｉｇn Systeｍ）电子设计自动化软件为美国AgｉlｅnｔＴechnologｉes公司的产品，该软件的功能包含时域电路模拟（SPICＥ-ｌiｋｅSiｍulation）、频域电路模拟（ＨarmｏｎｉcBalanｃe LinearＡnalｙsｉs)、电磁模拟(EMＳimｕlation)、通信系统模拟(Commｕnication SysｔｅｍSiｍulaｔion)、数字信号处理设计（DＳＰ）等。此外和多家芯片厂商合作建立ＡDS Design Kiｔ及Modｅl Filｅ供设计人员使用。使用者可以利用DｅsiｇｎKｉｔ及软件模拟功能进行通信系统的设计、规划与评估，以及MMIC/RFIC、类比与数位电路设计。除上述的设计模拟功能外,ADS 也提供辅助设计功能，如DesigｎGuiｄe是以范例及指令方式示范电路或系统的设计规划流程，而Ｓimｕlation Wiｚａrd是以步骤式界面进行电路设计与分析。ADS还能提供与其他设计模拟软件（如ＳＰIＣE、MeｎｔoｒＧraｐｈｉcｓ的MｏdeｌSim、Cａdeｎｃｅ的NC-Verilog、Mathwoｒks的MＡTLAB等）做Cｏ-Ｓimuｌatｉon，加上丰富的元件/应用模型库及量测/验证仪器间的连接功能，将增加电路与系统设计的方便性、速度与精确性。它提供优秀的频率模式和混合模式电路仿真器,可以模拟整个通信信号通路，完成从电路到系统的各级仿真。它把广泛的经过验证的射频、混合信号和电磁设计工具集成到一个灵活的环境中。ＡDS采用自顶至底的设计和自底至顶的验证方法,将系统设计和验证时间降到最少。它具有ＤSP、RF 和EM协同仿真能力，从而能在系统级设计中高效率地分配和优化系统性能。完成系统建模后,就可用实际RE和DSＰ电路设计替代行为

模型，评估它们对性能的影响。当任何一级仿真结果不理想时,都必须回到原理图中重新进行优化，并再次进行仿真，直到仿真结果满意为止，这样可以保证实际电路与仿真电路的一致性。

ADS可以为电路设计者提供进行模拟、射频与微波等电路和通信系统设计的仿真分析方法，其提供的仿真分析方法大致可以分为时域仿真、频域仿真、系统仿真和电磁仿真。

3.2初步设计过程

利用微带短截线带阻滤波器的理论基础,可以方便地设计出符合技术指标的微带短截线滤波器。下面我们用ＡＤS设计并仿真微带短截线带阻滤波器的原理图,。

微带短截线带阻滤波器的设计指标如下:

中心频率：6GHz；相对带宽：９%;带内波纹: <0.２dB。

滤波器阻带衰减>25dB；在频率5.５GHz和６.5GHz处, 衰减＜３dＢ；输入输出阻抗：５0Ω。

３.２.１创建原理图

启动ADＳ软件创建一名为Filter_Sｔubｌ的原理图。

3.2.2利用ＡDS的工具toolｓ完成对微带线的计算